우리 은하 중심에 위치한 궁수자리 A*를 관찰해 발견
태양 질량의 400만 배, 블랙홀마저 빨아들이는 초거대질량 블랙홀
[문화뉴스 MHN 권성준기자] 지난 6일 2020년 노벨 물리학상 수상자가 발표되었다. 이번 수상은 로저 펜로즈, 라인하르트 겐첼, 안드레아 게즈 세 과학자가 수상하였으며 펜로즈는 일반 상대성 이론을 통한 블랙홀의 존재 예측, 겐첼과 게즈는 우리 은하 중심의 초거대질량 블랙홀을 발견한 공로를 인정받았다.
우리 은하는 중심부에 늙은 별들이 공 모양으로 뭉쳐져 있으며 젊은 별들과 먼지들로 이루어진 나선팔이 회전하고 있는 형태로 이루어져 있으며 중심부와 나선팔은 막대로 연결되어 있어서 막대나선은하로 분류된다.
이러한 형태는 마치 욕조에 물을 받아 놓은 다음 배수구를 열었을 때 물이 빨려 들어가는 모습과 유사하다. 겐첼과 게즈의 발견은 우리 은하 중심부에 태양 질량의 400만 배에 달하는 질량을 가진 블랙홀이 있어 주변 별들을 빨아들이기 때문에 나선 모양을 하고 있다는 사실을 밝혀주었다.
이들은 은하수에 있는 궁수자리 A*에 있던 천체를 관찰하여 은하 중심에 블랙홀이 있다는 사실을 발견하였다.
도심에서는 은하수를 보기가 좀처럼 어려운데 야간에도 불빛이 많아서 광공해가 심하게 일어나기 때문이다. 하지만 불빛이 없는 산간벽지로 들어간다면 은하수를 볼 수 있으며 특히 북반구에 위치한 대한민국에서는 여름에 선명하고 밝은 은하수를 볼 수 있다.
태양계는 우리 은하의 나선팔 중 하나에 위치해 있기 때문에 지구에서 우리 은하의 곳곳을 볼 수 있으며 밤하늘에 관측되는 우리 은하의 모습이 은하수인 것이다. 북반구에서는 여름에 우리 은하의 중심을 향하고 있어 크고 밝은 은하수가 보이는 것이다.
1974년 발견된 궁수자리 A*는 은하수를 바라볼 때 보이는 우리 은하 중심에 존재하는 작고 밝은 천체를 말한다. 궁수자리 주변에서 발견된 별이란 의미에서 붙혀진 이름인 궁수자리 A*는 2002년부터 블랙홀일 것이라는 예측이 제기되었다.
궁수자리 A*가 블랙홀로 여겨진건 주변 천체의 공전 때문이었다. 2002년 겐첼은 궁수자리 A* 주변의 별 S2의 움직임에서 이상한 점을 발견했다. 바로 주변에 보이는 다른 별들에 비해 비정상적으로 공전 속도가 빠르다는 것이었다.
별과 같이 거대한 질량을 가진 물체들이 중력에 의해 빨려 들어갈 때에는 원운동을 하면서 빨려 들어가는 것이 안정적이다. 천체가 빨려 들어가는 속도를 안다면 몇 가지 물리학 공식을 이용해 궁수자리 A*의 질량을 구할 수 있다.
이를 통해 유추할 수 있는 점은 S2가 비정상적으로 빠른 움직임을 가지므로 궁수자리 A*의 질량이 비정상적으로 크다는 사실을 의미한다. 당시 관측 자료를 이용할 경우 궁수자리 A*의 질량은 태양 질량의 260만 배에 달하는 것으로 예상되었다.
더 자세한 정보를 얻기 위해 주변 별들에 대해 관찰하던 중 더 놀라운 사실이 하나 밝혀졌다. 2004년에 발표된 사실에 의하면 궁수자리 A*를 공전하고 있는 블랙홀이 존재한다. 발견된 블랙홀은 태양 질량의 1300배 정도에 달하는 것으로 여겨지며 이는 궁수자리 A*의 질량이 다른 블랙홀마저 빨아들일 정도로 거대하다는 것을 의미한다.
궁수자리 A*는 은하 중심부에 위치한 천체이므로 지금까지 관찰을 종합하면 통해 우리 은하 중심부엔 블랙홀마저 빨아들이는 초거대질량 블랙홀이 존재한다는 결론을 얻게 되며 소형 블랙홀은 우리 은하가 과거에 소형 은하를 흡수한 흔적으로 받아들여진다.
게즈는 궁수자리 A* 주변의 S55라는 별의 공전 궤도와 주기를 통해 은하 중심의 블랙홀의 질량을 계산하였다. 게즈는 결국 우리 은하 중심에 태양 질량의 400만 배에 달하는 초거대 블랙홀이 있다는 결론을 얻었다.
이후 2015년 나사에서 궁수자리 A* 주변에서 강력한 X-레이의 불꽃을 관측하였는데 이러한 현상은 블랙홀의 강력한 자기장으로 인해 생기는 현상이기 때문에 궁수자리 A*에 블랙홀이 있다는 것은 사실로 받아들여졌다.
현재에는 우리 은하의 중심부에 있는 블랙홀은 지구에서 가장 가까운 블랙홀이기 때문에 블랙홀의 미스터리를 풀고자 하는 노력이 기울여지고 있다.
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[MHN과학] 은하수 속에서 발견한 노벨상, 2020 노벨 물리학상: 우리 은하의 블랙홀
우리 은하 중심에 위치한 궁수자리 A*를 관찰해 발견
태양 질량의 400만 배, 블랙홀마저 빨아들이는 초거대질량 블랙홀