[와우! 과학] 아인슈타인 또 맞았다…블랙홀 뒤서 새어나온 빛 최초 관측

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측된 것 중 하나가 확인됐다. 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀을 살피던 미국 스탠퍼드대 천체물리학자 등 국제 연구진이 블랙홀의 뒤에서 새어나온 빛을 사상 처음으로 관측했다고 밝혔다.

미국 스탠퍼드대 천체물리학자 댄 윌킨스 박사 등 국제 연구진은 지구에서 8억 광년 떨어진 왜소 불규칙 은하 ‘I 츠비키 18’(I Zwicky 18)의 중심에 있는 태양 1000만 배 질량을 지닌 초대질량 블랙홀을 관찰하던 중 흥미로운 패턴을 발견했다. 연구진은 일련의 밝은 X선 플레어를 관측했는데 이는 흥미롭긴 하지만 전례가 없는 것은 아니었다. 놀라운 점은 이보다 좀더 작고 나중에 색상이 다른 것으로 확인된 X선이 추가로 방출되는 기묘한 패턴이 관측된 것이다.

분석 결과, 추가로 방출된 X선은 처음에 나온 X선과 같은 것으로 밝혀졌다. 그런데 이 빛이 블랙홀 뒤에서 휘어져 나온 것으로 연구진은 보고 있다.

연구진에 따르면, 이런 빛의 메아리는 블랙홀 뒤 강착 원반에서 반사된 빛의 패턴과 일치한다.

이에 대해 윌킨스 박사는 “지난 몇 년간 이런 빛의 메아리가 어떻게 보이는지 이론적 예측을 시행해 왔다”면서 “이론적으로 그 모습을 확인하고 있었으므로 실제로 망원경으로 관측했을 때 즉시 관계가 있다는 점을 깨달았다”고 설명했다. 블랙홀에 빨려들어간 빛은 다시 탈출할 수 없다. 따라서 블랙홀 뒤에서 빛이 나올리는 없다.

그런데도 뒤쪽의 빛을 관측할 수 있는 이유는 블랙홀이 공간을 일그러뜨려 빛과 주변의 자기장이 휘어지기 때문이다.

이는 일반 상대성 이론을 통해 예측된 것이다. 즉 1세기 전에 아인슈타인이 예언한 것이 지금에서야 실제로 관측됐다는 얘기다. 연구진은 원래 블랙홀의 코로나를 관찰하고 있었다. 이는 초대질량 블랙홀에 가스가 빨려 들어갈 때 생기는 자력을 띤 플라스마다.

블랙홀에 삼켜지는 가스는 수백만 도의 초고온으로 가열된다. 그러면 원자에서 전자가 분리돼 자력을 띤 플라스마가 발생한다.

그것은 블랙홀 회전에 포착돼 높이 솟구쳐 아치를 그리다가 곧 붕괴한다. 그 모습이 태양의 코로나처럼 보여 같은 이름으로 불린다.

블랙홀의 코로나에서는 밝은 X선이 방출되고 있어 이를 관찰하는 것으로 블랙홀의 사건 지평선(블랙홀의 안과 밖 경계면) 바로 바깥 정보를 알 수 있다고 연구진은 덧붙였다.

자세한 연구 결과는 세계적 학술지 네이처(Nature) 최신호(7월 28일자)에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr