[아하! 우주] 태양 1조개보다 밝은 빛 관측…정체는 블랙홀 ‘트림’

약 85억 광년 밖 ‘괴물’ 블랙홀이 가까이 다가온 별을 잡아먹고 빛에 가까운 속도로 물질을 ‘트림’하듯 방출하는 극히 드문 천문 현상이 관측됐다.

미 메릴랜드대 이고르 안드레오니 박사 등 국제연구진은 지난 2월 지상과 우주의 주요 망원경이 포착한 조석파괴현상(TDE)인 ‘AT2022cmc’을 분석한 결과를 과학저널 ‘네이처’와 ‘네이처 천문학’ 30일자에 논문 2편으로 발표했다. TDE는 은하 중심에 위치한 무거운 블랙홀이 그 주위를 지나던 별을 포획해 파괴하는 현상이다. 별이 블랙홀의 조석반지름보다 가까워지면 블랙홀의 조석력에 의해 별이 파괴돼 별 질량의 절반이 블랙홀로 서서히 빨려 들어간다. 이때 별의 잔해는 블랙홀 주위에 부착원반을 형성해 강한 섬광을 낸다. 여기서 나온 빛은 별의 잔해를 연료로 사용해 수개월 혹은 수년 동안 지속되면서 서서히 어두워진다. TDE 그 자체는 드문 현상은 아니다. 그러나 AT2022cmc 현상은 TDE 중에서도 빛에 가까운 속도로 물질을 분출하는 ‘상대론적 제트’를 형성했다는 점에서 극히 드문 것으로 평가된다.

논문 공동저자 마이클 코플린 미 미네소타대 천문학 조교수는 “이같은 상대론적 제트가 마지막으로 관측된 사례는 10년도 더 넘었다. 우리가 가진 데이터로는 이런 제트를 가진 TDE가 전체의 1%밖에 안될 만큼 매우 드물다”고 말했다.

그러면서 “이번 TDE의 섬광은 지금까지 관측된 것 중 가장 밝은 부류다. 태양 1조 개보다 더 밝은 빛을 발산했다”고 덧붙였다.

연구진은 AT2022cmc를 포함해 상대론적 제트가 관측된 TDE는 지금까지 4건밖에 안 된다고도 했다. 또 이같은 TDE는 블랙홀이 빠르게 회전하는 공통점을 보이고 있다는 점을 근거로 블랙홀의 급속한 회전이 상대론적 제트를 일으키는 한 가지 요소일 수 있다고 제시했다. 해당 연구에 따르면, AT2022cmc 현상은 캘리포니아 팔로마 천문대의 광역 천체 관측장비인 ‘츠비키 순간포착 시설’(ZTF)을 통해 처음 포착됐다. 이어 유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT)와 허블 우주망원경 등이 다양한 빛 파장으로 후속 관측을 이어갔다.

가시광과 적외선 파장으로 관측하는 ZTF가 감마선 폭발을 연상시키는 강력한 섬광을 포착한 후, VLT는 후속 관측을 통해 AT2022cmc가 85억 광년 밖 섬광이라는 사실을 밝혀냈다. 이는 TDE 중 가장 멀리서 포착된 것이다.

또 허블 망원경의 가시광 및 적외선 이미지와 칼 G. 잰스키 초대형배열(VLA)의 전파 관측을 통해 AT2022cmc 위치도 정확히 확인됐다.

하지만 AT2022cmc가 너무 밝아 중앙에 이를 품은 은하까지 관측하지는 못했다. 나중에 이 현상이 사라진 뒤 허블이나 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 은하에 관한 정보도 확인될 것이라고 연구진은 밝혔다.

연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 AT2022cmc가 태양과 비슷한 크기와 질량을 가진 별이 상대적으로 적은 질량을 가진 블랙홀에 파괴되면서 빚어졌을 가능성이 큰 것으로 추론했다.

다른 공동 저자인 대니얼 펄리 영국 리버풀 존 무어스대 연구원은 “지금까지 상대론적 제트를 가진 TDE는 고에너지를 가진 감마선과 X선 망원경을 통해 포착됐는데, 광학 관측으로 이를 찾아낸 것은 처음이다. 이번 관측이 여러 가지 면에서 새 기록을 쓰는 성과를 냈다”고 말했다.