M87 은하 중심에 있는 초대질량블랙홀의 편광 영상. 나선형의 밝은 선들은 M87 블랙홀 주변의 자기장과 연관돼 있는 편광의 방향을 보여준다. 한국천문연구원 제공
지난 2019년 4월 최초의 블랙홀 영상을 공개한 EHT(Event Horizon Telescope) 국제공동연구팀이 이번에는 M87 은하 중심의 초대질량블랙홀의 편광 관측 영상을 최초로 공개했다.
24일 한국천문연구원에 따르면 천문학자들이 블랙홀의 가장자리에서 강한 자기장의 증거인 편광을 관측할 수 있었던 것은 이번이 처음으로 이 관측은 5천500만 광년 떨어진 M87 은하가 중심부 핵에서 고에너지 제트를 어떻게 내뿜을 수 있지를 설명하는 중요한 열쇠다.
블랙홀은 주변에서 물질을 끌어들이는 한편 막대한 에너지를 방출한다. 블랙홀로 유입된 물질의 일부는 방출되고 일부는 블랙홀 안으로 떨어진다고 알려져 있다.
블랙홀의 중력에 포획되기 직전에 빠져나가는 물질은 에너지 양쪽을 강력하게 뿜어내는 제트의 형태로 우주로 멀리 날아간다.
하지만 블랙홀 주변의 물질 유입과 방출 기작이 무엇인지 그리고 M87 같은 거대 타원은하의 중심에서 어떻게 은하 크기보다 더 큰 제트가 발생할 수 있는지는 이제껏 밝혀지지 않았다.
한국을 비롯해 전 세계 65개 기관 300명 이상의 연구자들이 참여하는 EHT 연구팀은 지난 2019년 4월 10일 처녀자리은하단에 속한 M87 중심부의 블랙홀 이미지를 최초로 공개했다. 이는 중앙 영역이 어두운 밝은 고리 모양의 구조, 즉 블랙홀의 그림자를 보여준 것으로 이후 연구팀은 M87에 대한 지속적인 관측과 분석을 진행해 M87 블랙홀 주변의 빛이 상당 부분이 편광돼 있다는 것을 발견했다.
편광 관측은 블랙홀 바로 바깥에서 물질의 유입량을 확인할 수 있는 하나의 방법이라고 천문연은 설명했다. 이번 편광 관측 영상을 통해 M87 블랙홀의 가장자리 빛의 고리가 강하게 자기화돼 있음을 명확하게 볼 수 있다는 게 천문연의 설명이다.
연구팀이 편광 관측 영상을 분석한 결과 블랙홀 주변에 예상보다 훨씬 강한 자기장이 존재함을 알아냈다. 자기장 구조를 통해 블랙홀 바로 바깥에서 물질의 유입과 방출이 일어나는 영역을 최초로 상세히 확인할 수 있다.
EHT 한국 연구팀은 천문연이 일부 지분을 갖고 있는 하와이 소재 제임스클라크맥스웰 망원경과 칠레의 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 간섭계로 M87 블랙홀 편광 관측 영상을 만드는 데 기여했다고 천문연은 설명했다.
EHT 이론연구그룹 연구책임자인 미국 콜로라도 볼더 대학교 제이슨 덱스터 교수는 "영상을 통해 M87 블랙홀 주변부의 강력한 자기장이 어떻게 초대질량 블랙홀과 제트의 형성에 기여하는지에 대한 새로운 가설을 제시할 수 있다"고 말했다.
그러면서 "M87 블랙홀 주변의 뜨거운 가스 일부는 가장자리의 강한 자기장의 압력으로 블랙홀 중심의 강한 중력에너지를 이기고 밖으로 밀려 멀리 제트의 형태로 날아가고 나머지 일부는 자기장에 끌려 사건의 지평선으로 나선운동하며 떨어진다"고 설명했다.
연구 결과는 천체물리학 저널 회보(The Astrophysical Journal Letters) 24일자에 두 편의 논문으로 실렸다.