[아하! 우주] 사상 처음으로 블랙홀 ‘민낯’ 보여준 은하 M87의 비밀

최근 미국, 유럽은 물론 한국 등 과학자 200여 명으로 구성된 ‘사건지평선망원경'(EHT)은 사상 최초로 블랙홀과 그 주변의 실제 모습을 관측했다. 비록 단순한 도넛 모양의 사진이지만, 과학자들은 물론 일반 대중에게도 큰 인상을 남긴 과학적 성과였다. 하지만 이번에 EHT가 관측한 블랙홀의 고향인 M87 은하(혹은 처녀자리 A 은하) 역시 블랙홀만큼이나 흥미로운 은하다.

M87 은하는 지구에서 5500만 광년이나 떨어져 있지만, 워낙 밝고 거대한 타원 은하라 지구에서도 쉽게 관측된다. 물론 거리 때문에 맨눈으로는 볼 수 없지만, 이미 1781년에 천문학자 샤를 메시에에 의해 관측되어 M87(Messier 87)이라는 명칭을 얻었다. 이후 1918년, 미국의 천문학자인 허버 커티스는 M87이 중심부에서 나온 가시 같은 직선 모양 구조를 가지고 있다는 사실을 발견했다. 당시에는 그 정체를 몰랐지만, 이 독특한 구조물의 정체는 블랙홀에서 뿜어져 나오는 입자의 흐름인 제트(jet) 였다.

블랙홀로 빨려 들어가는 물질이 너무 많으면 상당수 물질은 흡수되는 대신 자기장을 따라 블랙홀의 양 축으로 방출된다. 따라서 많은 물질을 빨아들이는 은하 중심 블랙홀은 역설적으로 엄청난 물질을 거의 광속에 가까운 속도로 방출한다. 이를 블랙홀의 제트라고 한다. M87 은하는 우리 은하의 수백 배에 달하는 질량을 지닌 거대 은하로 그 중심에는 태양 질량의 65억배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 존재한다. 여기서 뿜어져 나오는 제트는 5000광년 이상 길이를 지녀 블랙홀의 제트를 연구하는 과학자들에게 중요한 연구 대상이다. 최근 미 항공우주국 제트추진연구소 과학자들은 허블우주망원경 및 스피처우주망원경, 그리고 미 국립 전파 망원경 관측소의 VLA(Very Large Array) 이미지를 EHT의 블랙홀 이미지와 합성해 이번에 관측한 블랙홀의 본체와 그 주변 제트를 비교했다.(사진) 거대한 솜털 같은 M87 은하의 중심부를 확대하면 양 방향으로 뿜어져 나오는 제트의 모습을 볼 수 있는데, 사실 지구 반대 방향으로 나오는 제트는 블랙홀에 가려 직접 관측이 어렵다.

과학자들은 전파 망원경을 통해 제트에 의한 충격파를 관측해 간접적인 방법으로 양쪽 방향으로 퍼지는 제트의 모습을 확인할 수 있다. 그리고 이 제트의 중심점에는 EHT로 관측한 M87 은하 중심 블랙홀이 존재한다. 24만 광년에 달하는 M87 은하에 비해 제트는 작은 크기이며 중심 블랙홀은 제트와는 비교할 수 없을 만큼 작은 크기다. 따라서 작은 사각형에서 블랙홀의 크기는 매우 작은 점으로 표시했다. 이를 보면 이번에 EHT가 얼마나 작은 점을 관측했는지 가늠할 수 있다.

M87 은하는 지구에서 비슷한 거리에 있는 은하 가운데 가장 거대한 것으로 대형 타원 은하와 초대형 블랙홀을 연구하는 과학자들에게 오랜 세월 흥미로운 관측 대상이었다. 앞으로도 이 미스터리한 거대 은하와 블랙홀에 대한 연구가 계속될 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com