우리 은하(Milky Way, Galaxy) 한복판에 있는 고밀도 거대질량의 물체가 블랙홀(black hole)일 것이라는 천문학 가설을 뒷받침하는 가장 강력한 증거가 발견됐다고 스페이스 닷컴이 최신 연구를 인용 2008년 9월 3일 보도했다. 학자들은 얼마 전부터 우리 은하 중심부에 숨어있는 고밀도 거대한 물체(dense and massive object lurking at the center of our galaxy)가 거대한 블랙홀(a giant black hole)일 것으로 추측해 오긴 했지만 아직까지 이를 입증하진 못했다. 그러나 만약 그것이 블랙홀처럼 보이고 블랙홀처럼 활동한다면 그것은 블랙홀일 가능성이 높은 것이다(If it looks like a black hole, and acts like a black hole, it's probably a black hole).
--------------------------------
[목차]

1. 우리 은하 근접 12개 은하계 중 9개 블랙홀 발견
2. MIT의 우리 은하 블랙홀인 궁수자리 A*(Sagittarius A*, A-star) 전파 광원 발견
3. 어떻게 발견했나
4. 향후 연구 과제
-----------------------------------
1. 우리 은하 근접 12개 은하계 중 9개 블랙홀 발견

2008년 1월에 천문학자들은 찬드라 X-선 망원경(Chandra -X-Ray Observatory)을 이용해 우리 은하계 주위의 9개의 거대 은하계 중심부의 거대 블랙홀을 관측하여, 이 거대 9개의 블랙홀들이 최대의 빛의 속도(maximum rates)로 회전(whirling, rotating, spinning)하고 있다는 사실을 발표했었다. 결국 모든 은하계의 중심에는 블랙홀이 있다는 것이다. 다음 참고 사이트를 참조하라.

[참조] [회전하는 거대 블랙홀(whirling supermassive black holes)의 발견, 미국 천문학자들 NASA의 우주망원경인 찬드라 X-선 망원경을 이용 우리 은하 주위의 9개 난장이 은하들 중심부의 거대 블랙홀의 생성 원리, 회전하는 원리 및 제트 에너지 분출의 원리를 밝혀, 블랙홀은 우리 은하 및 12개 난장이 은하들을 먹여 살리는 어머니 역할(Chandra Data Reveal Rapidly Whirling Black Holes(22/Jan/2008), 02416-SPA]

[그림 : 우리 은하계와 12개 난장이 은하계 및 궁수자리 위치]

2. MIT의 우리 은하 블랙홀인 궁수자리 A*(Sagittarius A*, A-star) 전파 광원 발견

미국 MIT 중심의 공동 연구진은 천문학 사상 가장 강력한 버추얼 망원경을 제작해 블랙홀과 외부세계의 경계선인 이른바 사건의 지평선(event horizon) 부근에서 태양 질량의 400만개 급(100만개 이상일 경우 이를 초거대질량(Supermassive) 블랙홀이라 부름)의 블랙홀 존재를 시사하는 궁수자리 A*(Sagittarius A*, A-star) 전파 광원을 발견했다고 Nature지 2008년 9월 4일자에 "Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Centre(우리 은하 중심에 있는 초거대질량급 블랙홀 후보에서의 사건의 지평선 규모 구조의 발견)"(Doeleman et al., 2008)1)이라는 논문으로 발표했다. 사건의 지평선은 빛을 포함, 어떤 물질도 빠져나오지 못하는 영역(the point beyond which nothing, including light, could ever escape)을 가리킨다.

1) Doeleman, Sheperd S., Jonathan Weintroub, Alan E. E. Rogers, Richard Plambeck, Robert Freund, Remo P. J. Tilanus, Per Friberg, Lucy M. Ziurys, James M. Moran, Brian Corey, Ken H. Young, Daniel L. Smythe, Michael Titus, Daniel P. Marrone, Roger J. Cappallo, Douglas C.-J. Bock, Geoffrey C. Bower, Richard Chamberlin, Gary R. Davis, Thomas P. Krichbaum, James Lamb, Holly Maness, Arthur E. Niell, Alan Roy, Peter Strittmatter, Daniel Werthimer, Alan R. Whitney & David Woody, "Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Centre(우리 은하 중심에 있는 초거대질량급 블랙홀 후보에서의 사건의 지평선 규모 구조의 발견)", Nature, Vol. 455, No. 7209, pp. 78-80, 04 Sep 2008.

3. 어떻게 발견했나

"이번 발견은 우리 은하에 존재하는 최적의 블랙홀 후보입니다. 아주 근접한 블랙홀이라는 점은 축복입니다. 그러나 가스와 먼지에 덮혀 감추어져 있는 점은 하나의 저주입니다"라고 이번 연구를 주도한 MIT 공대의 Sheperd Doeleman은 말한다. 그래서 연구진은 블랙홀을 관찰하려면 은하를 통해서 봐야 한다는 문제를 해결하기 위해 우리 은하 주변을 둘러싼 가스와 먼지 안개(gas and dust) 층을 효과적으로 피해 갈(bypass) 수 있는 1.3㎜ 전파 광선(radio light) 버추얼 망원경(a virtual telescope)을 제작했다.

이 버추얼 망원경은 어떤 장파 광원보다 가스와 먼지를 잘 피할 수 있다. 하와이와 애리조나, 캘리포니아의 전파 망원경들(radio telescopes)을 연결하는 방법인 '가장 긴 베이스라인 간섭계(VLBI, Very Long Baseline Interferometry)'라는 기술로 만들어진 이 버추얼 망원경은, 그 결과 3곳의 망원경이 있는 사이트를 연결하여, 그 거리가 지름 4천500㎞나 되는 단일 망원경(a single dish)과 맞먹는 효과를 내는데, 이는 지구로부터 24만 마일 떨어진 달 표면의 야구공(baseball)을 지구에서 고선명(highest resolution)으로 볼 수 있을 만큼 강력한 것이다.

[그림 : 천문학자들이 기존의 허블망원경보다 1,000배나 강력한 새로운 버추얼 망원경을 사용해 우리 은하계 중심부 궁수자리의 A* 라는 초거대질량의 블랙홀(여기의 그림은 컨셉 이미지임)의 크기를 측정하는데 성공했다. Credit MIT/Shep Doeleman]

이렇게 발견된 궁수자리 A*(Sagittarius A*, A-star) 광원은 지름이 지구-태양 간 거리의 3분의1인 약 5천만㎞(3천만 마일)에 달하는 것으로 추정됐는데 블랙홀로서는 작은 편인 이런 규모는 우리 은하 중심부의 질량 밀도가 종전 측정치보다 더욱 높다는 사실을 시사하는 것이며, 이는 숨어있는 물질이 블랙홀일 수 밖에 없다는 것을 의미하는 것이다. 현재까지 이처럼 작은 공간에 이렇게 큰 질량이 집중돼 있는 현상을 설명하는 것은 블랙홀 외에는 없기 때문이다(This small size indicates the mass in the galactic center is even denser than previous measurements found, which supports the idea that the object hidden there must be a black hole, because current theories have no other reasonable explanation for describing so much mass packed into such a small space).

[그림 : 블랙홀로 빨려 들어가는 물질로 이루어진 강착 원반(오렌지 구름)에서 흘러나오는 것이거나 블랙홀 주변의 자기장에 의해 가속화된 입자 제트류는 우리 은하계 중심의 블랙홀 주변임을 강력히 시사. 오른쪽 그림은 블랙홀 주위에서 회전하는 물질의 컴퓨터 시뮬레이션 결과. 빨강색은 더욱 밝은 복사 빛이고 푸른색은 좀 약한 빛. 오렌지 동그라미는 새로운 망원경으로 관측한 궁수자리 A* 광원의 크기로 그 전에 측정한 크기보다 작음. Credit: MIT/NASA/CXC/Johns Hopkins/U. Illinois]

4. 향후 연구 과제

연구진은 궁수자리 A* 에서 오는 밝은 빛이 어떤 과정으로 생긴 것인지 밝혀내진 못했지만 블랙홀 주변의 자기장에 의해 가속화된 입자 제트류(powerful jet)이거나 블랙홀로 빨려 들어가는 물질들로 이루어진 강착 원반에서 흘러 나오는 것으로 추정하고 있다(Scientists can't pin down the process responsible for the bright radiation coming from Sagittarius A*, but suggest it could be a powerful jet of particles accelerated by magnetic fields around the black hole, or radiation pouring out of an accretion disk of matter funneling into the black hole). 연구진은 이번에 사용된 것과 같은 기법으로 망원경 네트워크를 확장해 궁수자리 A*가 초거대질량 블랙홀(a supermassive black hole) 임을 최종적으로 입증하는 것이 목표라고 밝혔다. 또한 1.3mm보다 더욱 작은 파장의 전파 광원을 이용하면 대략 3-5년이면 입증이 가능할 것이라고 밝혔다.

"이번 연구 논문은 블랙홀의 관찰이 가능함을 보여주는 것입니다. 또한 블랙홀 주변의 시간(time)과 공간(space)의 구조를 밝히는 초석이 될 것이며 조만간 아인슈타인의 중력 이론(Einstein's theory of gravity)까지 테스트하게 될 것입니다"라고 하버드대학의 천체물리학자인 Avi Loeb는 말한다.

이번 연구는 미국과학재단(National Science Foundation)이 연구자금을 지원하고, 아리조나 대학의 Arizona Radio Observatory's Submillimeter Telescope(ARO-SMT), 캘리포니아의 Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy(CARMA), 그리고 하와이에 있는 James Clerk Maxwell Telescope(JCMT)와 Submillimeter Array(SMA)를 연결한 버추얼 망원경을 이용하고 이곳의 연구원들과 공동으로 한 연구이다.

[참고]

[Blackhole의 종류-Chandra Site]

[소스]

[Space.com-Closest Look Yet at Milky Way's Black Hole(03/Sep/2008)]
[조선일보-우리 은하 블랙홀 강력 증거 발견(04/Sep/2008)]