천문연, 블랙홀 물질 방출 관측 성공

블랙홀 제트현상 모식도. 블랙홀은 주변의 동반성(노란색 별)의 물질을 끌어당기고 이중 일부는 주변에 원반을 현성하는데 이 물질이 어느 한계에 도달하면 수직 방향의 제트 분출이 일어난다.

아주경제 이한선 기자= 한국천문연구원은 김정숙, 김순욱 연구팀이 블랙홀 이중성인 백조자리 X-3을 관측해 블랙홀 제트에 관한 이론을 증명하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

관련 논문은 20일자 천체물리학저널에 게재됐다.

블랙홀에서는 간헐적으로 물질을 방출하는 현상인 제트가 발생하는데 이 때 블랙홀 주변의 밝기가 보통 때 보다 수백에서 수천만배 정도로 급격히 밝아졌다가 다시 어두워진다.

그동안 학계에서는 제트 현상이 언제 발생하는지 추측은 하고 있었으나 짧은 순간이기 때문에 관측하기 어려웠다.

블랙홀의 존재는 빨려 들어가는 물질이 주변에서 발생하는 전파 및 X-선, 감마선 등을 관측하여 알 수 있게 된다.

블랙홀은 서로 마주보며 돌고 있는 동반성에서 물질을 끌어당기는데 대부분 블랙홀 주변을 회전하며 원반을 만들게 되고 축적된 물질이 일정한 밀도와 온도에 이르게 되면 수직으로 물질을 분출하게 되는 현상을 제트라고 한다.

연구팀은 한국천문연구원 한국우주전파관측망(KVN)과 일본국립천문대의 일본우주전파관측망(VERA)을 통해 살펴본 X-선의 에너지 변화를 분석해 분출 순간의 관측에 성공했다.

KVN은 서울, 울산, 제주에 설치한 직경 21m 전파망원경 네트워크로 세 망원경을 연결해 직경 500km 효과를 내는 관측망이고 VERA는 KVN과 연계하면 직경 2000km의 효과를 기대할 수 있다.

연구진은 블랙홀 제트의 분출 시점을 이론적으로 예측하고 1~2년의 분출 주기 중에서 3시간에 불과한 백조자리 X-3의 제트 분출이 시작되는 순간을 관측하는데 성공했다.

논문의 제1저자인 김정숙 연구원은 김순욱 연구원과 함께 지난 4월 천체물리학저널에 별 탄생의 최신이론을 최초로 증명하는 논문을 게재하기도 해 별의 탄생과 종말이라는 두 분야의 논문을 모두 발표하게 됐다.

김정숙 연구원은 내달 국내 최초로 블랙홀 마이크로퀘이사 분야 박사학위를 받는다.

김정숙 박사는 “블랙홀에서 이번에 관측한 것과 같은 제트분출이 일어나는 것은 보통 1~2년 사이에 몇일 정도여서 4년간 수차례 실패했었다”며 “포기하지 않고 계속 시도해 관측에 성공하고 논문이 나오게 돼 기쁘다” 고 말했다.

김순욱 박사는 “현재 상대론적인 제트 발생 과정에는 여전히 설명되지 않은 수많은 의문들이 남아있어 차례차례 수수께끼들을 풀어갈 예정”이라고 밝혔다.