사상 최초로 공개된 초대질량 블랙홀 M87의 모습 (사진=EHT 홈페이지)
블랙홀의 존재 가능성을 착안한 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론이 104년만에 입증됐다. 전세계 천문학자들의 협력으로 인류 최초로 블랙홀의 실제 모습이 관측된 덕분이다.
유럽남방천문대(ESO)는 10일 오후 10시(한국시각) 벨기에 브뤼셀에서 전 세계 13개 기관이 협력한 '이벤트 호라이즌 망원경(EHT) 프로젝트'의 관측 결과를 발표했다.
연구진은 전 세계 8개의 전파망원경을 연결한 지구 크기의 전파간섭계를 구성해 초대질량 블랙홀 관측에 성공했다고 밝혔다. 총지름 1만km에 달하는 가상의 전파망원경을 구축한 것으로, 이 가상 망원경의 공간분해능력은 파리의 카페에서 뉴욕에 있는 신문 글자를 읽을 수 있는 정도에 해당한다.
관측은 지난 2017년 4월 5일부터 9일간 거대은하 M87을 대상으로 이뤄졌다. 지구에서 5500만 광년 거리에 있는 처녀자리 은하단에 속한 블랙홀이다. 이 블랙홀은 질량이 태양의 65억 배, 지름은 160억㎞에 달한다.
블랙홀은 빛조차 탈출할 수 없을 정도로 강한 중력을 가진 천체로 하나의 블랙홀이 은하 전체의 물질을 중력으로 끌어들일 수 있을 정도로 막대한 에너지를 지녔다.
빛조차 빠져나올 수 없기 때문에 블랙홀의 중심은 검은 반면 블랙홀의 경계 밖에 존재하는 주변의 밝은 천체나 블랙홀 주변에서 내뿜는 빛은 강력한 중력에 의해 왜곡현상을 보인다. 왜곡된 빛은 블랙홀의 윤곽을 도넛처럼 보이게 한다.
그동안 이론적으로만 존재를 추정했던 블랙홀의 모습과 크기, 질량 등이 실제 관측됨으로써 큰 질량 주변의 시공간은 왜곡된다는 1915년 발표된 아인슈타인의 일반상대성이론은 실제로 입증됐다.
국제 천문학계는 잇따라 고무적인 평가를 했다. 쉐퍼드 도엘레만 하버드 스미소니언 천체물리센터 박사는 "인류 최초로 블랙홀의 모습을 보게 됐다"며 "이 결과는 천문학 역사상 매우 중요한 발견이며, 200명이 넘는 과학자들의 협력으로 이뤄진 이례적 성과"라고 평가했다.
블랙홀은 강력한 중력을 지닌 반면 크기는 매우 작은 초대질량의 천체다. 실제로 지구 질량의 블랙홀이 있다고 가정하면 그 지름은 탁구공의 절반보다 작은 것으로 알려졌다.
이 때문에 단일한 망원경으로 이를 관측하는 것은 불가능에 가까웠다. 블랙홀 관측이 성공할 수 있었던 것에는 국제협력이 있었기에 가능했다.
칠레 아타카마 사막에 설치된 아타카마 패스파인더(APEX) 등 전 세계 6개 대륙에서 8개의 전파망원경이 참여해 거대한 지구크기의 가상의 전파망원경 체계를 구축한 것이다. 한국이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN)과 동아시아우주전파관측망(EAVN)도 이번 관측에 기여했다.
연구진은 EHT로 블랙홀의 그림자를 먼저 관찰하고, 슈퍼컴퓨터를 이용해 원본 데이터를 최종 영상으로 변환했다.
손봉원 한국천문연구원 전파천문본부 책임연구원은 "이번 결과는 아인슈타인의 일반상대성이론에 대한 궁극적인 증명이며, 블랙홀을 실제 관측해 연구하는 시대가 도래했음을 의미한다"고 말했다.