[아하! 우주] 중력 거슬러 시속 160만㎞로 은하 탈출하는 초고속별의 비밀

태양을 비롯한 은하계의 별은 각자 다른 속도와 방향으로 우주를 여행한다. 하지만 이 가운데 극히 일부만이 은하계의 중력을 이기고 탈출할 만큼 속도가 빠르다. 이렇게 빠른 속도로 이동하는 초고속별(Hypervelocity star, HVS)은 몇 가지 이유로 생성되는데, 가장 대표적인 경우는 은하 중심 블랙홀의 강력한 중력이다. 마치 태양계 탐사선이 행성을 지나면서 중력 도움을 얻어 속도가 빨라지는 것처럼 블랙홀에 가까이 다가간 별 가운데 일부는 흡수되는 대신 속도를 얻어 초고속별이 된다. 물론 매우 드문 경우다.

2014년에 과학자들은 LAMOST-HVS1이라는 초고속별을 발견했다. 이 별은 태양 밝기의 3400배에 달하는 크고 밝은 별로 은하 중심 기준으로 시속 160만㎞의 빠른 속도로 은하계를 빠져나가고 있다. 최근 미국 미시간 대학 연구팀은 이 별의 이동 궤도를 상세히 연구해 그 기원에 대한 단서를 찾아냈다.

연구팀에 따르면 LAMOST-HVS1은 태양 질량의 8.3배에 달하는 큰 별로 생긴지 얼마 되지 않은 어린 별이다. 따라서 이 별이 다른 은하계에서 왔을 가능성은 배제할 수 있다. 사실 별은 질량이 클수록 핵융합 반응이 더 강하게 일어나 수명이 짧다. 따라서 외부 은하에서 우리은하로 들어오는 초고속별은 대부분 질량이 크지 않은 것들이다. LAMOST-HVS1의 경우 당연히 우리은하에서 생성되어 밖으로 빠져나가는 중이다. 그런데 LAMOST-HVS1의 이동 방향을 조사한 결과 놀랍게도 이 별은 은하 중심이 아니라 그보다 밖인 나선 팔에서 생성된 것으로 나타났다. 그런데 이렇게 큰 별을 시속 160만㎞로 밀어 내기 위해서는 매우 강한 중력이 필요하다. 연구팀의 추산으로는 다른 별이나 성단의 중력으로는 어림없고 적어도 태양 질량의 1만 배에 달하는 질량을 지닌 중간 질량 블랙홀(intermediate mass black hole) 정도는 돼야 한다. 이 이야기는 은하계의 나선 팔 한쪽에 아직 알려지지 않은 중간 크기 블랙홀이 있다는 이야기다.

블랙홀은 질량에 따라 항성 질량 블랙홀과 거대 질량 블랙홀로 나눌 수 있다. 전자는 큰 별이 초신성 폭발 후 생성된 것으로 태양 질량의 5배 정도 질량이고 후자는 은하 중심에서 많은 물질을 흡수한 블랙홀로 태양 질량의 수백만 배 이상이다. 그런데 우주에는 이 중간에 해당하는 질량을 지닌 블랙홀도 존재한다.

중간 질량 블랙홀은 은하계 곳곳에 숨어 있는 것으로 생각되는데, 아직 그 숫자와 생성 과정은 미스터리로 남아 있다. LAMOST-HVS1의 이동 방향을 연구한 과학자들은 우연히 중간 질량 블랙홀이 숨어 있을 가능성이 큰 지역을 확인한 셈이다. 하나의 발견이 또 다른 발견을 이끄는 일은 과학에서 드문 일이 아니다. 앞으로 연구를 통해 더 흥미로운 사실이 밝혀질 것으로 기대된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com