왜소 은하 NGC 4395의 중심에서 불과 태양 질량의 1만 배 밖에 되지 않는 비교적 작은 블랙홀이 발견되었습니다.
이번의 발견으로 은하 중심에 위치한 블랙홀과 은하와의 관계를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
서울대학교의 우종학 교수를 중심으로 하는 연구팀은, 사냥개 자리 방향으로 약 1400만 광년 떨어져 있는 곳에 위치한 왜소 은하인 NGC 4395의 중심에서 세계 최초로 블랙홀을 발견했습니다.
뭐, 다른 나라의 많은 과학자들이 지금까지 여러가지 블랙홀을 발견했는데, 이게 뭐가 대단하냐라고 생각하는 사람도 분명 있을텐데요.
하지만, 이 블랙홀의 발견은 천문학계에서 꽤나 중요한 의미를 가지고 있습니다.
이 블랙홀은 지금까지 과학자들이 예상했던 것보다 훨씬 작은 태양 질량의 1만배의 질량을 가지고 있었습니다.
지금까지 천문학계에서는 우리 은하 이상의 크기를 가진 은하의 중심에는 태양의 수백만배에서 크게는 수십억배의 질량을 가진 초대 질량 블랙홀이 존재할 것으로 생각하고 있었고 또 실제로 발견도 했습니다.
또한 질량이 큰 은하일 수록 은하 중심의 블랙홀의 질량도 비례해서 커진다고 알려져 있죠.
하지만 과학자들은 NGC 4395와 같은 왜소 은하의 경우 그 중심부에 블랙홀이 반드시 존재하는지에 대해서 확신을 할 수 없었습니다.
이에 대해서 미시간 대학의 엘레나 갈로(Elena Gallo) 교수는 다음과 같이 말합니다.
"왜소 은하의 중심에 블랙홀이 존재하는지, 만약 존재한다면 초대 질량 블랙홀 처럼 블랙홀의 질량과 은하의 질량이 서로 관계가 있는지 의문이었습니다.
만약 이에 대한 답을 얻을 수 있다면 거대한 블랙홀이 초기 우주에서 어떻게 만들어졌는지 이해하는데 큰 도움이 될 겁니다."
NGC 4395의 블랙홀의 질량을 구하기 위해서 우 교수 연구팀은 "반향 측량법(반향 매핑)" 이라는 방법을 사용했는데요.
이 기술은 블랙홀 주변의 "강착 원반"이라는 구조에서 뿜어져 나오는 빛을 관측해서 블랙홀의 질량을 측정하는 기술입니다.
강착 원반은 블랙홀의 중력에 이끌린 물질들이 매우 빠른속도로 회전하고 있는 원반으로, 매우 강렬한 빛을 뿜어내고 있습니다.
이 강착 원반에서 뿜어져 나온 빛은 이 원반을 한참 벗어난 곳에 있는 희박한 가스 구름의 영역을 지나게 되는데요.
이러한 가스 구름의 영역을 광역선 영역(broad line region)이라고 합니다.
강착 원반의 빛이 광역선 영역의 가스 구름에 닿게 되면 가슴 구름의 원자가 이온화되면서 특유의 빛을 방출하게 됩니다.
이 때 빛은 가스 구름에 반사되어 빛의 메아리 효과를 일으키게 되고 또 속도가 지연됩니다.
그래서 지구에서 더 가까운 광역선 영역의 빛이 더 멀리 떨어져 있는 강착 원반의 빛보다 더 늦게 도착하게 되죠.
이러한 빛의 지연을 측정하면 블랙홀에서 부터 광역선 영역까지의 거리를 계산할 수 있게 됩니다.
또한 광역선 영역에서 나오는 빛의 폭을 측정하면 이 가스 구름의 회전 속도까지 알 수 있게 되죠.
이렇게 블랙홀과 광역선 영역까지의 거리와 광역선 영역의 회전 속도를 측정할 수 있게 되면 블랙홀의 질량을 구할 수 있습니다.
연구팀은 미국 MDM 천문대 등을 통해 관측한 데이터를 통해, 강착 원반의 빛이 광역선 영역에 이르기까지의 시간을
83분으로 계산했습니다.
또한 미국 하와이의 제미니 망원경을 통해 광역선 영역의 회전 속도를 400km/s 이상으로 측정했죠.
이러한 데이터를 통해 NGC 4395의 중심 블랙홀의 질량은 태양 질량의 약 1만 배 정도가 되는 것으로 결론 내렸습니다.
우 교수는 "우리가 관측한 '빛의 지연은' 지금까지 은하 중심부에서 나오는 빛을 관측하여 얻은 시간 중 가장 짧은 것이었습니다. 이를 통해 드디어 이 은하 중심의 블랙홀의 질량을 확정할 수 있었습니다." 라고 말합니다.
은하의 중심에서 멀리 떨어져 있는 별들은 자신이 속한 은하 중심에 블랙홀이 있는지 조차 알 수 없을 겁니다.
하지만, 이 별들은 은하의 중심에 있는 블랙홀의 영향을 어떻게든 받게 되죠.
하지만 이렇게 작은 블랙홀을 가지고 있는 왜소 은하도 다른 은하들처럼 블랙홀의 영향을 받고 있는지 여부는 그동안 알려져 있지 않았습니다.
이번의 발견을 통해 은화와 블랙홀과의 관계 그리고 블랙홀의 기원에 대해서 한걸음 더 다가설 수 있게 되었습니다.
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