약 1천광년 떨어진 지구서 가장 가까운 블랙홀 찾아내

블랙홀 도는 짝별 맨눈으로도 보여…항성질량 블랙홀 '빙산의 일각' 증거

블랙홀을 품은 삼중성계 HR 6819 상상도 [ESO/L. Calcada 제공/ 재판매 및 DB 금지]

지구에서 약 1천광년밖에 떨어지지 않은 곳에서 맨눈으로도 볼 수 있는 두 개의 짝별을 동반한 항성질량 블랙홀이 관측돼 학계에 보고됐다. 우리은하 내에서 발견된 블랙홀은 20여개에 불과하며, 이 블랙홀은 지금까지 관측된 것 중 가장 가까운 블랙홀로 기록됐다.

유럽남방천문대(ESO)에 따르면 이 천문대 소속 천문학자 토마스 리비니우스 박사가 이끄는 연구팀은 칠레 라 시쟈 관측소의 MPG/ESO 2.2m 망원경으로 관측한 결과를 과학저널 '천문학 및 천체물리학'(Astronomy & Astrophysics) 최신호에 발표했다.

이 블랙홀은 지구에서 약 1천광년 떨어진 망원경자리에서 'HR 6819'로 알려진 쌍성계를 관찰하다가 발견했다. 두 별 중 안쪽 별이 40일 주기로 숨겨져 있는 블랙홀을 돌고 다른 별 하나는 멀리서 이 둘을 도는 구조로 돼 있는 것으로 관측됐다.

이 두 별은 지구에 가까이 있어 맑은 날, 어두운 남반구 밤하늘에서 망원경의 도움 없이 맨눈으로도 볼 수 있다. 논문 공동저자인 칠레 과학원 천문학자 페트르 하드라바 박사는 "이 항성계는 우리가 알고 있는 것 중 가장 가까운 블랙홀을 품고 있다"면서 "우리가 관측한 것이 맨눈으로도 볼 수 있는 블랙홀을 가진 첫 항성계라는 것을 확인하고는 깜짝 놀랐다"고 했다.

HR 6819 블랙홀은 주변 환경과 폭력적으로 상호작용하며 X선을 내뿜지 않아 어두운 우주에서 검은색으로만 보이는 몇 안 되는 항성질량 블랙홀로 확인됐다. 연구팀은 그러나 두 별 중 안쪽 별의 궤도를 분석해 질량을 계산했으며, 태양 질량의 적어도 4배 이상 되는 보이지 않는 천체는 블랙홀밖에 없다는 결론을 내렸다.

우리 은하에서는 지금까지 20여개의 블랙홀만 발견됐으나 대부분이 강력한 X선을 뿜어내 존재를 확인할 수 있었다. 하지만 우리 은하 역사를 볼 때 진화 마지막 단계에서 초신성으로 폭발해 블랙홀이 된 별은 무수히 많을 것으로 추정돼 왔다. HR 6819 블랙홀은 X선을 내뿜지 않는 조용한 블랙홀들이 어디에 숨어있는지 단서를 제공해 주는 것으로 받아들여지고 있다.

리비니우스 박사는 "우리 은하에 수억개에 달하는 블랙홀이 있는 것이 틀림없지만 관측된 것은 극소수에 불과하다"면서 "어디를 관측해야 할지를 아는 것은 이를 찾아내는 것을 더 유리하게 만들 것"이라고 했다.

연구팀은 이미 또다른 삼중성계인 'LB-1'이 단언하기에는 추가 관측이 필요하지만 HR 6819처럼 블랙홀이 숨어있는 것으로 추정하고 있다. LB-1 블랙홀은 태양 질량의 8배에 달하는 별로 시작해 초신성 폭발을 거쳐 블랙홀이 된 것으로 분석됐다.

연구팀은 LB-1 항성계는 HR 6819보다 지구에서 더 멀리 떨어져 있지만 우주 기준으로는 지구에 꽤 근접해 있다면서 이런 구조를 가진 항성계는 빙산의 일각처럼 드러나지만 않았을 뿐 많이 존재할 수 있다고 했다. 이번 관측 결과는 또 지구에서 포착될 만큼 강력한 중력파를 방출하는 우주 충돌이나 병합에 관한 새로운 단서를 제공해 줄 수 있는 것으로 지적됐다.

중력파는 블랙홀 대 블랙홀 또는 블랙홀 대 중성자별이 충돌할 때 만들어지는 것으로 알려져 있다. 그러나 HR 6819나 LB-1과 비슷한 구조에서는 바깥쪽 별이 안쪽에서 별과 블랙홀이 합쳐 중력파를 방출하도록 촉발하는 중력 작용을 할 수도 있다는 주장도 제기되고 있다. 연구팀은 HR 6819나 LB-1의 안쪽 구조가 블랙홀이 하나밖에 없거나 중성자별이 아니지만 삼중성계에서 별의 충돌이 일어나는 방식에 대한 이해를 도울 수 있다고 강조했다.

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 eomns@yna.co.kr