국내 연구진 7명을 포함한 국제공동연구팀이 거대질량 블랙홀*이 별을 삼키면서 갑자기 밝아지는 순간을 포착하였다.

이번 연구는 미항공우주국(NASA)을 비롯한 대한민국, 이탈리아, 영국, 일본, 대만 등 6개국 58명이 참여한 국제공동연구팀에 의해 수행되었고, 국내에서는 서울대학교 임명신 교수가 이끄는 초기우주천체연구단 5명과 한국천문연구원 전영범, 성현일 박사가 참여하였다.

교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 학술지인 네이처(Nature)지 25일자에 게재되었다.

특히 보현산천문대 1.8m 반사망원경(경북 영천시 위치)을 비롯한 국내 연구기관의 여러 관측시설들이 연구결과 도출에 큰 기여를 하였다.

연구팀은 별이 거대질량 블랙홀에 가까이 다가갔을 때 일어나는 현상을 발견하고 그 원리를 규명하였다.

대부분 천문학자들은 은하 중심부에 거대질량 블랙홀이 존재하는데, 별이 블랙홀에 가까이 가면 블랙홀의 강한 중력으로 산산조각 나며, 그 잔해가 블랙홀로 떨어지는 과정에서 밝은 빛을 낸다고 이론적으로 예측하였다. 그러나 지금까지 그 순간을 실제 관측하지 못해 거대질량 블랙홀 연구의 풀리지 않는 수수께끼로 남아있었다.

연구팀은 미국 NASA의 스위프트 위성을 이용하여 지난 3월 28일 39억 광년 떨어진 곳에 있는 평범한 은하의 중심부가 갑자기 밝아지는 현상을 발견하였고, 이 천체를 ‘Swift J1644+57’로 명명하였다.

연구팀은 Swift J1644+57의 밝기가 시시각각 변하는 모양을 분석한 결과, 이 현상은 은하 중심부에 위치한 거대질량 블랙홀의 강한 중력으로 산산 조각난 별의 잔해가 블랙홀로 떨어질 때, 블랙홀에서 강한 광선다발이 특정방향으로 뿜어져 나오는 것임을 밝혀냈다.

특히 이번 연구에 사용된 가시광선, 근적외선, X선, 감마선, 전파 등 5종 관측자료 중에서 가시광선과 근적외선 자료의 대부분을 국내 연구진이 국내 연구시설로 획득·분석하여 연구에 기여하였다.

우리 연구진이 사용한 망원경은 △한국천문연구원의 보현산천문대 1.8m 망원경, △레몬산천문대 1m 망원경(미국 애리조나주 소재), △ 서울대 초기우주천체연구단의 주요 관측시설인 유커트(UKIRT) 4m 적외선 망원경(미국 하와이 소재), △우즈베키스탄 마이다낙 천문대 1.5m 망원경이다.

특히 한국천문연구원이 개발하여 보현산 1.8m 망원경에 설치한 근적외선 카메라(KASINICS : KASI Near Infrared Camera System)를 통해 관측이 쉽지 않은 근적외선 영역의 자료를 획득할 수 있었고, 이 자료는 Swift J1644+57의 분석에도 핵심적으로 활용되었다.

임명신 교수는 “이론적으로만 예측된 현상을 직접 관측함으로써 거대질량 블랙홀의 존재에 대한 새로운 증거를 제시하였을 뿐만 아니라, 별이 산산조각나면서 블랙홀로 떨어질 때 강한 광선다발이 발사된다는 새로운 사실도 밝혀냈다”고 연구의의를 밝혔다.

한편, 우리은하 중심부에도 이번에 발견된 Swift J1644+57과 비슷한 크기인 태양질량의 460만 배인 거대질량 블랙홀이 존재한다.

우리은하 중심부에 위치한 이 거대질량 블랙홀에 별이 떨어져 Swift J1644+57에서 관측된 것과 같은 강한 광선이 지구를 강타할 경우, 지구 상층대기가 증발하고 지상으로 유해한 방사선이 직접 내려쬐는 불상사가 일어날 수 있다.

앞으로 Swift J1644+57과 유사한 천체들을 많이 발견하고 지속적으로 연구한다면 거대질량 블랙홀의 연구뿐만 아니라, 그것이 지구에 미치는 영향에 대해서도 구체적으로 예측할 수 있을 것으로 기대된다.