초거대 블랙홀

○‘초거대 블랙홀’ 때문에 당황하셨어요?

기존 상식과 다른 특이 블랙홀 발견 잇달아

 

천문학자들은 모든 은하의 중심에는 초거대 질량 블랙홀이 자리 잡고 있을 것이라고 예측해왔다. 이 예측대로라면 태양계가 소속된 우리은하의 중심에도 초거대 블랙홀이 있어야 한다. 하지만 블랙홀은 빛마저 삼켜 버리므로 관측하기가 쉽지 않다. 더구나 우리은하의 중심에는 엄청난 양의 성간 가스와 먼지가 모여 있어서 특정 파장의 빛만 통과하므로 관측이 더욱 어렵다. 그러나 방법이 있다. 블랙홀 주변의 물질들은 중심으로 끌려가며 회전하는 과정에서 강한 X선이나 자외선을 방출하게 된다. 과학자들은 X선 망원경을 통해 우리은하 중심부의 궁수자리 A 너머로부터 강하게 방출되는 X선을 포착하고는 그곳을 초거대 블랙홀의 후보지로 주목했다. ▲ 블랙홀 후보 지역을 중심으로 공전하는 주변 별들 각각의 궤도반경과 주기를 알아내면 블랙홀의 질량은 물론 대략의 크기까지 추정할 수 있다. 사진은 블랙홀의 상상도.  ⓒNASA 블랙홀의 실체를 입증하기 위해선 그 천체가 가진 질량에 비해 크기가 너무 작아서 블랙홀일 수밖에 없다 는 사실을 규명해야 한다. 블랙홀 후보 지역을 중심으로 공전하는 주변 별들 각각의 궤도반경과 주기를 알아내면 중심 천체의 질량은 물론 최근접 위치까지의 거리로부터 대략의 크기까지 추정할 수 있다. UCLA의 안드리아 게즈(Andrea Ghez) 교수팀은 하와이의 켁 망원경을 이용해 십여 년에 걸쳐 블랙홀 후보 지역을 도는 별들의 공전 과정을 추적했다. 그 결과 S0-2로 불리는 3개의 별들이 16년 주기로 공전 한다는 사실을 알아냈다. 또한 그 별들이 돌고 있는 미지의 중심 천체 질량은 태양의 약 410만 배이며, 가장 가까이 접근했을 때의 거리가 태양과 명왕성 간 거리의 2배밖에 되지 않는다는 결론을 얻었다. 즉, 그 정도의 작은 공간에서 그처럼 큰 질량을 가진 천체는 블랙홀밖에 없다. 독일 막스플랑크 우주물리학연구소 소속의 과학자들도 칠레의 유럽남부천문대 망원경을 이용해 십여 년의 관측 끝에 지난 2008년 우리은하 한복판의 초거대 블랙홀의 존재 및 특성을 확인했다. 밝혀진 바에 의하면 이 블랙홀과 지구 간의 거리는 약 2만7천 광년이며, 주변의 별들에 영향을 미치는 질량의 약 95%가 이 블랙홀 안에 존재한다. 또한 그들은 약 1천600억 킬로미터에 걸쳐 있는 가스 구름이 우리은하 중심부의 초거대 블랙홀 주위에서 찢어지고 있는 모습을 지난 7월에 최초로 관측하기도 했다. 일반 블랙홀보다 140배나 큰 과체중 블랙홀 일반적인 관점으로는 은하와 블랙홀이 나란히 성장하므로 은하가 크면 클수록 그 중심부에 자리 잡은 블랙홀도 크다. 왜소은하라고 불리는 작은 은하들에서는 블랙홀의 크기도 작아서인지 그동안 잘 발견 되지 않았다. 하지만 첨단 망원경 덕분에 지난 2011년에는 약 100억 광년이나 떨어진 왜소은하 28개에서 활동하는 중심부의 초거대 블랙홀들이 발견됐다. 그런데 은하의 직경은 우리은하의 1/4밖에 되지 않지만, 그 중심 부에 있는 블랙홀은 태양 170억 개와 같은 질량을 지닌 엄청난 ‘과체중 블랙홀’이 지난해 말에 발견돼 과학자들을 당황스럽게 만들었다. 대개 은하의 중심에 있는 블랙홀은 전체 은하 질량의 약 0.1%를 차지하는 것에 비해 이 블랙홀의 경우 은하 질량에 14%에 이르는 것. 우리은하 중심의 블랙홀과 비교해 봐도 약 4천 배 이상의 질량을 지니고 있는 셈이다. 이 괴이한 블랙홀이 위치한 곳은 지구에서 2억2천만 광년 떨어진 페르세우스 성단의 NGC 1277 은하. 그 블랙홀의 질량은 별들로 부풀어 있는 은하 중심부의 59% 정도에 달한다는 사실도 밝혀졌다. 더구나 그 블랙홀은 자신의 은하마저 삼키고 있을 만큼 계속 성장하고 있다. 때문에 이 블랙홀을 발견한 과학자들은 자신들의 관찰 결과를 믿기 힘들어 논문 발표에 앞서 1년 이상 확인 작업을 벌이기도 한 것으로 알려졌다. 보통 하나의 은하가 다른 은하와 합쳐지면 그 중심부의 블랙홀들도 합병해서 더욱 큰 몸집으로 발전하게 된다. 은하 간의 합병은 은하 밀도가 높은 지역에서 빈번하게 일어나 이 같이 대형 블랙홀을 만들어내 곤 한다. 그런데 NGC 1277의 사례는 현재 우주에 있는 은하들 중에서 유례가 없을 만큼 희귀하다. 비정상적으로 높은 밀도와 80억년이라는 지긋한 나이를 지녔음에도 불구하고 최근 수십억 년 동안 다른 은하들과 합병 된 적이 없기 때문이다. 때문에 자기 체중의 14%에 이르는 과체중 블랙홀을 이 은하가 어떻게 지니게 되었는지는 더욱 미스터리다. 과학자들은 전례 없이 큰 이 블랙홀을 지금까지 알고 있던 은하에 대한 이론을 바꿀 수 있는 대발견으로 꼽는다. 이에 대해 미국 프린스턴대학의 천문학자 제니 그린은 다음과 같은 새로운 주장을 내놓았다. “우주 초기 에는 블랙홀들이 은하들과 무작위로 짝을 지었을 것이다. 은하들이 합쳐지면서 블랙홀 질량과 은하 사이 의 상관관계가 강화됐다. 반복된 결합이 블랙홀과 은하 사이의 상관관계를 확고히 하는 데 도움이 되었을 것이다. 이런 추정 하에 아직 대규모 융합을 겪지 않은 과도하게 무거운 블랙홀을 가진 은하들이 드물지 만 약간은 있을 것으로 예상할 수 있다.” 우주에 외톨이로 떠도는 블랙홀 한편, 두 개의 은하가 합쳐지며 탄생한 초거대 블랙홀이 충돌 당시 생긴 중력파에 의해 은하 바깥으로 쫓겨나는 블랙홀도 있는 것으로 알려졌다. 지난해 미국 하버드 스미스소니언 우주물리학센터 과학자들은 지구로부터 약 40억 광년 거리에서 위치한 CID-42란 천체가 바로 그런 블랙홀이라고 밝혔다. ▲ 은하에서 쫓겨나 우주 공간을 떠도는 초거대 블랙홀 CID-42.  ⓒNASA   강력한 X-선을 내는 이 초거대 블랙홀은 미항공우주국(NASA)의 찬드라 우주망원경을 통해 발견되 었는데, 다른 은하의 중심 블랙홀과 충돌해 합병된 후 충돌에 따른 중력파 때문에 시속 500만㎞의 속도로 은하 중심부에서 쫓겨나 외톨이가 된 채 떠돌고 있다는 것. 이처럼 어마어마한 질량을 지닌 초거대 블랙홀이 빠른 속도로 이동한다는 것은 획기적인 사건이라고 할 수 있다. 이 외톨이 블랙홀을 발견한 연구진은 광활한 우주 공간에 이같이 홀로 떠도는 초거대 블랙홀이 의외로 많을 것으로 추정했다.   최근에는 초거대 블랙홀과 은하의 환경을 탐색하기 위해 가상 관측기술(Virtual Observatory)까지 등장 했다. 이것은 인터넷을 기반으로 하여 정보를 공유할 수 있는 세계 전역의 다양한 천문학적 데이터베이스 의 통합 사용이 가능한 시스템이다. 이 시스템을 개발한 과학자들은 활동성 은하 주변 환경과 관련된 데이터들이 축적될 경우 초거대 블랙홀이 왜 만들어지고 어떤 과정을 거쳐 발달하는지에 대한 궁금증이 풀릴 것으로 기대하고 있다.   ○우주 암흑물질 정체는?  미지의 질량, 침묵의 물질…‘대체 뭐길래’   우주 암흑물질 정체 우주 암흑물질 정체가 화제다. 최근 한 포털사이트에는 '우주 암흑물질 정체'라는 제목의 게시물이 공개됐다. 해당 게시물에 따르면 암흑 물질은 우주의 모든 물질(눈에 보이는 물질)을 합한 것보다 5배 이상 많고, 은하의 형태를 일그러뜨린다는 설이 제기될 만큼 존재감이 크다.   암흑물질은 1960년대 미국에서 처음 제기됐다. 카네기연구소의 천문학자 베라 루빈은 우리은하에 있는 나선 팔의 회전속도를 측정, 우리가 아는 물질만으로는 설명할 수 없는 거대한 미지의 질량을 밝혀낸 것. 하지만 우주 암흑물질의 정체는 완벽하게 미궁에 빠져있다. 우리가 아는 물질과 반응하지 않고, 광자를 내지 않아 볼수도 없는 '침묵의 물질'이기 때문이다. 우주 암흑물질 정체를 접한 누리꾼들은 "우주 암흑물질 정체, 우주는 정말 신기하구나", "우주 암흑물질 정체, 힉스 입자보다 더 오리무중이네", "우주 암흑물질 정체, 우주는 참 인간의 생각을 넘어서는 듯" 등의 반응을 보였다   ○러' 학자 "생명체 우주기원설 실험으로 증명"   러시아 학자들이 과학위성을 이용해 생명이 우주에서 기원했다는 가설인 '배종(胚種)발달설'을 증명했다고 현지 인테르팍스 통신이 29일(현지시간) 보도했다. 현지 의생물학 문제 연구소 부소장 대행 블라디미르 시체프 박사는 이날 연구소 설립 50주년 기념 국제학술대회에서 올해 초 과학위성 '비온-M'을 이용한 미생물체 실험을 통해 특정 박테리아가 우주공간에서 엄청난 고열을 견디며 대기권을 뚫고 지구로 들어와 생존할 수 있음이 증명됐다고 소개했다. 시체프 박사에 따르면 실험은 비온-M 위성의 바깥쪽 표면에 설치한 보관 장치에 다양한 종류의 미생물을 넣고 위성을 우주공간에서 지상으로 추락시키는 방식으로 이뤄졌다. 대기권을 통과할 당시 위성의 표면 온도는 섭씨 수천 도까지 올라갔다. 그럼에도 지상에 떨어진 위성 잔해를 조사한 결과 열을 좋아하는 호열성 균주(菌株) 1개가 살아남았음이 확인됐다고 시체프 박사는 설명했다. 그는 이같은 실험 결과는 운석이 우주공간에서 지구로 떨어지면서 미생물의 포자(胞子)를 갖고 왔을 수 있음을 보여주는 것으로 지구 생명체의 기원이 우주에서 유입됐다는 배종발달설을 증명하는 것이라고 주장했다.   ○루마니아 연구팀, 인공 혈액 개발 성공  미래에는 인체에 부작용 없는 인공 혈액이 사용될 것으로 보인다   미래에는 인체에 부작용 없는 '인공 피'의 개발로 헌혈의 필요성이 줄어들 것으로 보인다. 루마니아 바베시-보요이대학교 연구팀은 물과, 소금, 그리고 바다 생물에서 채취한 헤메리트린이라는 성분을 합성해 인공 혈액을 만드는데 성공했다고 영국의 데일리메일 인터넷판이 30일(현지시간) 보도했다. 헤메리트린은 단백질의 일종으로 산소를 운반하는 기능을 하며 심해에 사는 다모류 환형동물 등에서 추출이 가능하다. 인체에 있는 헤모글로빈과 비슷한 역할을 한다. 지금까지 인공 피를 만들려는 많은 시도들이 있었지만 피를 합성하는 과정에서 따르는 화학적, 물리적인 스트레스를 혈액 성분이 견디지 못해 모두 실패했다. 반면 이번 연구를 진행한 라두 실라기 두미트레스쿠 박사는 헤메리트린은 헤모글로빈과 달리 화학적이고 물리적인 변화에도 안정성을 유지했다고 밝혔다. 현재 인공피는 실험실 쥐를 이용한 적용에 성공했으며 아직까지는 어떤 부작용도 없는 것으로 나타났다. 연구팀은 향후 1~2년 안에 지원자를 받아 임상 실험을 진행하기를 희망하고 있는 것으로 알려졌다. 더불어 연구팀은 이를 통해 앞으로 혈액 부족 문제를 해소하고 헌혈을 통한 질병 감염을 막을 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다. 실라기 두미트레스쿠 박사는 "향후에는 물만 부으면 바로 인공 혈액으로 변하는 '인스턴트 피'의 개발도 가능할 수 있다"고 덧붙였다.   인공피의 성분중 하나인 헤메리트린을 가지고 있는 다모류 환형동물의 하나. / 출처=데일리 메일