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블랙홀이 내뿜는 '제트' 가장 상세한 모습 드러냈다

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블랙홀이 내뿜는 '제트' 가장 상세한 모습 드러냈다

2020.04.08 18:32
사건지평선망원경 팀이 관측에 성공한 퀘이사 3C 279의 제트 모습이다. 왼쪽 위부터 점점 확대되는 모습을 담았다. EHT 제공
사건지평선망원경 팀이 관측에 성공한 퀘이사 3C 279의 제트 모습이다. 왼쪽 위부터 점점 확대되는 모습을 담았다. EHT 제공

한국 과학자들이 포함된 천문학 국제 공동 연구진이 중심부에 거대한 블랙홀(초대질량블랙홀)을 지닌 천체인 준항성체(퀘이사)를 관측하고  여기서 내뿜어져 나오는 물질의 강력한 분출 기둥(제트)의 특성을 처음으로 밝히는데 성공했다. 앞서 이들 연구진은 지난해 4월 사상 최초로 블랙홀의 그림자를 직접 관측한 결과를 공개했었다. 


김재영 독일 막스플랑크 전파천문학연구소 연구원과 미국 매사추세츠공대(MIT), 하버드대 등 연구자들로 구성된 ‘사건지평선망원경(EHT)’ 연구팀은 지구에서 빛의 속도로 50억 년 가야 하는 거리에 떨어진 퀘이사 ‘3C279’의 영상을 처음으로 자세히 촬영하고 그 특징을 분석해 천문학 분야 국제학술지 ‘천문학 및 천체물리학’ 7일자에 발표했다.


퀘이사는 초대질량블랙홀이 주변의 물질을 흡수하며 강력한 전자기파를 발생시키는 천체다. 빛이 나오는 이유는 주변 물질이 회전하면서 블랙홀 주변을 돌며 블랙홀에 빨려 들어가면서 에너지를 빛으로 방출해서다. 주변 물질은 강착원반을 형성해 블랙홀 주변을 돈다. 퀘이사는 이온화된 물질이 빠르게 뿜어져 나가는 제트를 형성하기도 한다. 3C 279는 태양의 10억 배 질량의 블랙홀로 거대한 두 개의 제트를 뿜어내고 있는 것으로 추정돼 왔다.


연구팀은 전세계에 흩어진 전파망원경을 서로 연결해 마치 하나의 거대한 전파망원경을 건설한 것과 비슷한 성능으로 먼 우주의 천체를 자세히 관측하는 ‘초장기선 전파간섭계(VLBI)’ 기술을 이용해 2017년 4월 3C 279를 관측하고, 그 데이터를 독일과 미국의 슈퍼컴퓨터로 분석해 이번 영상을 얻었다. 지난해 4월 최초의 블랙홀 그림자 영상을 측정한 것과 같은 방법이다. 연구팀은 “지구에서 달 위의 오렌지를 알아볼 수 있는 수준의 해상도”라고 설명했다. 


분석 결과 연구팀은 3C 279의 주변에서 회전하는 물질로 이뤄진 거대한 원반과, 그 중심부에서 수직 방향으로 뿜어져 나오는 두 개의 빠른 제트를 자세히 확인하는 데 성공했다. 제트는 거의 빛의 속도로 빠져나오고 있었는데(상대론적 제트), 뿜어져나오는 시작 지점인 초대질량블랙홀의 부근과 이보다 먼 지역 두 곳에서 모두 여섯 개 지점의 상대적인 속도를 분석한 결과, 시작 지점 부근에서 꼬이듯 분출이 이뤄지고 있다는 사실도 새롭게 발견했다(아래 그림). 제트는 원래 강착원반이 회전하는 회전축 방향으로 분출되는 것으로 알려졌는데, 연구팀은 이번 관측 결과 제트가 시작 지점에서는 회전축과 수직 방향의 구조를 갖는 것으로 해석했다. 

 

연구를 이끈 김재영 연구원은 “가장 선명한 영상으로 제트가 형성되는 지역을 확인한 결과 (의외의) 수직 구조를 발견했다”며 “러시아 인형(마트료시카)를 열었는데 안에서 전혀 다른 형태를 발견한 것과 비슷한 발견”이라고 말했다.

 

가장 자세히 관측한 4월 11일 영상의 제트 부분에서 6개 지점을 골라 상대적 속도를 측정한 그림이다. 보다 먼 아래 세 곳은 뻗어가는 방향이 일정한 반면, ′근원′에 가까운 위 세 곳(C0-0, 0-1, 0-2)의 움직임은 꼬여 있는 듯 복잡한 모양이다. 천문학 및 천체물리학 지 캡쳐
가장 자세히 관측한 4월 11일 영상의 제트 부분에서 6개 지점을 골라 상대적 속도를 측정한 그림이다. 보다 먼 아래 세 곳은 뻗어가는 방향이 일정한 반면, '근원'에 가까운 위 세 곳(C0-0, 0-1, 0-2)의 움직임은 꼬여 있는 듯 복잡한 모양이다. 천문학 및 천체물리학 지 캡쳐

 

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