[우주를 보다] 우리은하 인근에서 꼭꼭 숨은 '괴물 블랙홀' 발견

[서울신문 나우뉴스]

나선 은하 NGC 1448. 그 중심에는 초거대 블랙홀이 숨어있는 것으로 밝혀졌다. - Carnegie-Irvine Galaxy Survey/NASA/JPL-Caltech

엄청나게 큰 블랙홀도 두꺼운 가스와 먼지 뒤에 있으면 천체 망원경의 눈을 피해 숨을 수 있다. 하지만 이런 상황에서도 미국항공우주국(NASA)의 ‘누스타’(NuSTAR) 망원경은 피하기 어렵다.

NASA는 8일(이하 현지시간) 누스타 망원경이 우리 은하와 가까운 은하 중심에서 가스에 둘러싸인 두 초거대 블랙홀을 발견했다고 밝혔다. 이 망원경은 고에너지 X선 자기장 영역을 관측해 블랙홀 관측에 적합하다.

지난 3일부터 7일까지 미국 텍사스주(州)에서 열린 미국천문학회(AAS) 연례회의에서 에디 에뉴아르 영국 더럼대 연구원은 “이들 블랙홀은 우리 은하에 비교적 가깝게 있었지만, 지금까지 숨어 있었다”면서 “침대 밑에 숨은 괴물과 같았다”고 발표했다.

두 블랙홀은 모두 퀘이사나 블레자와 같이 매우 밝은 천체처럼 중심에 ‘엔진’을 갖고 있다. 천문학자들은 블랙홀에 있는 것을 ‘활동성 은하핵’(AGN)이라고 부른다.

활동성 은하핵은 매우 밝은 데 이는 블랙홀 주위의 입자들이 매우 뜨겁게 달궈져 저에너지 전파부터 고에너지 X선에 이르기까지 전자기 스펙트럼 전역에서 방출을 하기 때문이다.

하지만 대부분의 활동성 은하핵은 도넛 형태의 두꺼운 가스와 먼지 영역에 둘러싸여 있는데 그중에서도 방향에 따라 우리 지구에서 봤을 때 가려진 경우가 있다. 이번에 확인된 두 블랙홀의 은하핵 역시 이 때문에 보이지 않는 것으로 여겨진다.

이 말은 우리의 망원경이 중심의 밝은 영역 대신 도넛 형태의 흐릿한 물질에 반사된 X선을 주로 보고 있다는 것이다.

이에 대해 영국 사우샘프턴대학의 피터 버먼 연구원은 “흐린 날 태양을 볼 수 없듯이 중심의 엔진을 둘러싼 모든 가스와 먼지로 인해 이 활동성 은하핵이 실제로 얼마나 밝은지는 직접 확인할 수 없다”고 말했다.

활동성 은하 IC 3639. 중심에 활동성 은하핵이 숨겨져 있었다. - ESO/NASA/JPL-Caltech/STScI

버먼 연구원은 지구에서 약 1억7000만 광년 거리에 있는 활동성 은하 IC 3639의 연구를 이끌었다. 버먼의 연구진은 이 은하의 누스타 자료를 기존 NASA의 찬드라 X선 망원경과 일본의 수자쿠 X선 망원경이 관측한 자료와 비교 분석했다.

누스타의 관측 결과는 기존 두 망원경보다 고에너지 X선에 민감한 것으로 IC 3639의 중심에 활동성 은하핵이 존재한다는 것을 보여줬다.

또한 누스타는 얼마나 많은 물질이 IC 3639의 중심 엔진을 가리고 있는지에 관한 최초의 정밀 측정을 제공한다. 이에 따라 연구진은 이 숨어있는 괴물 블랙홀이 얼마나 많은 빛을 내뿜고 있는지를 앞으로 확인할 수 있다.

더 놀라운 점은 에뉴아르 연구원이 주목한 나선 은하 NGC 1448에 있다. 2009년 발견된 이 은하는 우리 은하에서 가장 가까운 은하 중 하나로 이번에 그 중심에 블랙홀이 있다는 것이 확인됐다. 이 은하는 지구에서 약 3800만 광년밖에 떨어져 있지 않다.

에뉴아르 연구원의 연구는 이 은하 역시 도넛 형태일 수 있는 두꺼운 가스 기둥을 갖고 있어 중심에 블랙홀이 숨어 있다는 것을 발견했다.

누스타와 찬드라에 의해 관측된 NGC 1448에서 방출된 X선은 IC 3639처럼 두꺼운 가스와 먼지층을 갖고 있어 이번 관측 연구에서 처음으로 활동성 블랙홀이 숨어 있다는 것을 제시한다.

연구진은 또 NGC 1449에는 태어난 지 500만 년밖에 안 된 젊은 별들이 많이 있다는 것을 발견했다. 이를 통해 블랙홀은 가스와 먼지를 공급하는 것은 물론 은하에 새로운 별이 생성하는 것을 돕는다는 이론을 제시하고 있다.

연구진은 유럽남방천문대(ESO)의 신기술망원경(NTT)을 사용해 광학 파장에서 NGC 1448을 이미지화하고 이 은하에서 블랙홀이 있는 정확한 위치를 확인했다.

은하의 중심은 별들로 가득 차 있어 블랙홀의 위치를 정확히 지적하기는 어렵다.

천문학자들은 블랙홀 주변의 빛을 감지하는 대형 광학 및 전파 망원경의 도움으로 블랙홀의 위치를 파악하고 그 형성 과정을 예측할 수 있다.

NASA 제트추진연구소(JPL)의 누스타 프로젝트 과학자 대니얼 스턴 박사는 “누스타의 힘을 사용해 이런 괴물 블랙홀에 관한 중요한 정보를 얻게 돼 매우 기쁘다”고 말했다.

사진=NASA

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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