거대 블랙홀이 별을 삼키는 순간포착

거대질량 블랙홀(Supermassive Black Hole)은  태양보다 100만~10억 배 더 무거운 블랙홀로, 우리 은하의 중심부는 물론 대부분 은하들의 중심부에 위치하고 있는 것으로 추정되고 있습니다.

천문학자들은 은하 중심부에 거대질량 블랙홀이 존재하며, 별이 블랙홀에 가까이 갈수록 블랙홀의 강한 중력으로 산산조각 나면서 그 잔해가 블랙홀로 떨어지는 과정에서 밝은 빛이 난다는 이론을 예측해 제시했습니다.

우리 은하 중심부에도 태양 질량의 460만 배에 달하는 거대질량 블랙홀이 존재합니다.

우리 은하 중심부에 위치한 이 거대질량 블랙홀에 별이 떨어지고, 이 때 발생한 강한 광선이 지구를 강타할 경우, 지구 상층 대기가 증발하고 지상으로 유해한 방사선이 직접 내려쬐는 불상사가 일어날 수 있습니다.

그러나 지금까지 그 순간을 실제 관측하지 못해 거대질량 블랙홀 연구의 풀리지 않는 수수께끼로 남아있었습니다.

그런데 국내 연구진 7명을 포함한 국제 공동연구팀이 거대질량의 블랙홀이 별을 삼키면서 갑자기 밝아지는 순간을 포착했습니다.

특히 한국천문연구원의 보현산천문대 1.8m 반사망원경을 비롯한 국내 연구기관의 여러 관측시설들이 연구결과 도출에 큰 기여를 했습니다.

이번 연구는 NASA를 비롯한 대한민국, 이탈리아, 영국, 일본, 대만 등 6개국 58명이 참여한 국제 공동연구팀에 의해 수행됐고, 국내에서는 서울대학교 임명신 교수가 이끄는 초기우주천체연구단 5명과 한국천문연구원 전영범, 성현일 박사가 참여했습니다.

연구팀은 별이 거대질량 블랙홀에 가까이 다가갔을 때 일어나는 현상을 발견하고 그 원리를 규명했습니다.

공동연구팀은 NASA의 스위프트 위성을 이용하여 지난 3월 28일, 39억 광년 떨어진 곳에 있는 평범한 은하의 중심부가 갑자기 밝아지는 현상을 발견했고, 이 천체를 'Swift J1644+57'로 명명했습니다.

연구팀은 Swift J1644+57의 밝기가 시시각각 변하는 모양을 분석한 결과, 이 현상은 은하 중심부에 위치한 거대질량 블랙홀의 강한 중력으로 산산 조각난 별의 잔해가 블랙홀로 떨어질 때, 블랙홀에서 강한 광선다발이 특정방향으로 뿜어져 나오는 것임을 밝혀냈습니다.

특히 이번 연구에 사용된 가시광선, 근적외선, X선, 감마선, 전파 등 5종 관측자료 중에서 가시광선과 근적외선 자료의 대부분을 국내 연구진이 국내 연구시설로 획득하고 분석해 연구에 기여했습니다.

<우리나라 연구진이 지상망원경을 이용하여 포착한 Swift J1644+57의 모습.
각 사진 중앙에 위치한 노란색 원 중앙에 있는 천체가 Swift J1644+57이다. 사진 오른쪽 하단에 관측이 이루어진 날을 표시하였다.
갑자기 밝게 나타난 천체가 시간이 갈수록 어두워지는 것을 알 수 있으며, 어두워지는 모습을 분석함으로써 Swift J1644+57이 별을 삼키고 있는 거대질량 블랙홀임을 밝혀낼 수 있었다.
이 사진들은 보현산천문대 1.8m망원경(앞 3장의 사진)과 미국 하와이에 위치한 유커트(UKIRT) 4m망원경(마지막 사진)을 사용하여 얻어졌다.>

우리 연구진이 사용한 망원경은 △한국천문연구원의 보현산천문대 1.8m 망원경 △레몬산천문대 1m 망원경(미국 애리조나주 소재) △서울대 초기우주천체연구단의 주요 관측시설인 유커트(UKIRT) 4m 적외선 망원경(미국 하와이 소재) △우즈베키스탄 마이다낙 천문대 1.5m 망원경 등입니다.

특히 한국천문연구원이 개발해 보현산 1.8m 망원경에 설치한 근적외선 카메라(KASINICS: KASI Near Infrared Camera System)를 통해 관측이 쉽지 않은 근적외선 영역의 자료를 획득할 수 있었고, 이 자료는 Swift J1644+57의 분석에도 핵심적으로 활용됐습니다.

앞으로 Swift J1644+57과 유사한 천체들을 많이 발견하고 지속적으로 연구한다면 거대질량 블랙홀의 연구뿐만 아니라, 그것이 지구에 미치는 영향에 대해서도 구체적으로 예측할 수 있을 것으로 기대됩니다.

이번 연구결과는 세계 최고 권위의 학술지인 네이처(Nature)지 2011년 8월 25일자에 게재됐습니다.
(논문명: Relativistic jet activity from the tidal disruption of a star by a massive black hole)

좌로부터, 임명신 교수(연구단장), 김지훈 박사(박사후연구원), 전현성 연구원(박사과정), 박원기 박사(박사후연구원), 전이슬 연구원(박사과정).

 용 어 설 명

거대질량 블랙홀 :   
거대질량 블랙홀이란 태양보다 100만에서 수십억 배 더 무거운 블랙홀을 뜻한다. 대부분 은하의 중심부에 거대질량 블랙홀이 위치하고 있다고 믿어지고 있으며, 은하의 질량이 클수록 그 은하에 속한 거대질량 블랙홀도 질량이 크다는 사실이 알려져 있다. 거대질량 블랙홀로 떨어지는 별이나 성간기체구름들이 충분할 때 막대한 양의 에너지가 마찰열의 형태로 방출이 되는데 이렇게 해서 은하의 중심부가 매우 밝게 빛나는 천체를 "활동은하핵" 또는 "퀘이사"라고 부른다. 지금까지 수많은 퀘이사 및 활동은하핵이 발견되었으며, 우리나라에서도 임명신 교수 연구팀이 2005년 보현산 망원경을 이용하여 국내에서 최초로 퀘이사를 발견한 바가 있다. 별이 거대질량 블랙홀 근처로 떨어질 때 블랙홀의 강한 조석력 때문에  파괴되는 현상을 "tidal disruption"이라고 하며, 이러한 일이 일어나면 비활동적이었던 은하의 중심부가 "활동은하핵"으로 변화한다는 예측이 그동안 있어왔다. 이러한 순간을 포착한 예는 이번이 처음이며 이론적으로만 존재하였던 현상을 새로이 발견하여 거대질량 블랙홀의 이론을 완성하였다는 의미에서 이번 연구가 매우 중요하다고 할 수 있다.  

※ 동영상 및 사진자료 다운로드 : http://astro.snu.ac.kr/~mim/press_im.html

1. BlackHole_Animation.mov
 거대질량 블랙홀로 떨어지고 있는 별이 산산이 부서지고 이것의 잔해가 블랙홀의 주변으로 몰려들면서 블랙홀로부터 강한 광선다발이 뿜어져 나오는 장면을 보여주고 있다(NASA Headquater제작, NASA press release의 일부임).

2. sw1644_cap.gif, sw1644_nocap.gif
  Swift J1644+57의 밝기가 시시각각 변하는 모습(근적외선 촬영)