이제 막 활동 시작…잠에서 깨어난 초대형 블랙홀의 비밀 [아하! 우주]

은하 중심에는 그 은하에서 가장 큰 질량을 지닌 블랙홀이 있다. 거대 질량 블랙홀(SMBH, SuperMassive BlackHole)은 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 거대한 몸집과 강한 중력으로 은하 전체를 조절하는 은하의 심장부라 할 수 있다.

거대 질량 블랙홀은 엄청난 물질을 흡수해 지금처럼 몸집을 불렸지만, 항상 많은 물질을 흡수할 수 있는 것은 아니다. 주변에 흡수할 수 있는 물질이 대부분 소진되면 가끔 블랙홀 주변으로 끌려온 운 나쁜 별을 종종 흡수하는 수준으로 만족해야 한다. 우리은하 중심 블랙홀 역시 이런 비활동성 은하핵이라고 할 수 있다.

하지만 은하의 충돌이나 혹은 다른 이유로 인해 은하 중심 블랙홀에 갑자기 새로운 물질이 활발하게 공급되는 경우가 생긴다. 이때 블랙홀 주변으로 너무 많은 물질이 유입되기 때문에 상당수의 물질은 블랙홀로 진입하지 못하고 오히려 초고온 물질의 빠른 흐름인 제트(jet)의 형태로 방출된다. 활동성 은하핵(AGN)이나 퀘이사의 정체도 사실 강력한 제트로 우주에서 가장 밝은 천체 활동이다.

그런데 사실 과학자들은 막대한 물질을 흡수하면서 강력한 제트를 내뿜는 거대 질량 블랙홀이 어떻게 활성화되는지 잘 알지 못했다. 그동안 관측한 것은 우리은하 중심 블랙홀처럼 활동을 멈춘 은하나 아니면 강한 에너지를 방출하는 활동성 은하핵 둘 중 하나로 잠자던 블랙홀이 어떻게 깨어나 활동을 시작하는지는 베일에 가려 있었다.

이탈리아 국립 천체물리학 연구소(INAF/IRA)와 볼로냐 대학 프란체스코 우베르토시가 이끄는 연구팀은 미국 국립과학재단(NSF)의 강력한 전파망원경인 VLBA(Very Long Baseline Array)와 VLA(Very Large Array)을 이용해 지구에서 60억 광년 떨어진 은하단인 ‘CHIPS 1911+4455’를 관측했다. 연구팀은 이곳에서 막 활동을 시작한 거대 질량 블랙홀의 증거를 찾아냈다.





CHIPS 1911+4455 은하단 중심 블랙홀의 제트는 100광년 정도인데, 속도를 고려하면 제트가 본격적으로 분출된 것은 1000년 정도로 생각된다. 인간의 기준에서 보면 상당히 오래된 일이지만, 우주의 기준으로 보면 이제 막 분출을 시작한 제트로 볼 수 있다. 그리고 지금까지 발견된 것 가운데 가장 초기 활동 모습을 간직한 거대 블랙홀의 제트다.

연구팀은 이 제트가 뜨거운 가스를 주변으로 밀어내거나 혹은 시간이 지나면서 식는 냉각 현상을 아직 거치지 않은 매우 초기 단계라는 점을 확인했다. 따라서 거대 질량 블랙홀의 제트가 어떻게 진화하면서 활동성 은하핵이 되는지 확인할 수 있는 좋은 연구 대상이 될 것으로 보고 있다. 그리고 앞으로 연구를 진행하면서 이 거대 블랙홀의 질량이나 갑자기 활동을 시작한 이유에 대해서도 알아낼 수 있을 것으로 기대된다.

참고로 우리은하 중심 블랙홀이나 이웃한 안드로메다은하 중심 블랙홀 모두 현재 비활동 상태이지만, 수십억 년 후 두 은하가 충돌하면 유입되는 물질이 많아져 활발하게 에너지를 방출할 것으로 예상된다. 따라서 CHIPS 1911+4455는 사실 우리은하와 안드로메다은하의 미래의 모습일지도 모른다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com