(This artist's impression shows stars orbiting the supermassive black hole at the center of the Milky Way. In 2018 one of these stars, S2, will pass very close to the black hole and this event will be the best opportunity to study the effects of very strong gravity and test the predictions of Einstein's general relativity in the near future. The GRAVITY instrument on the ESO Very Large Telescope Interferometer is the most powerful tool for measuring the positions of these stars in existence and it was successfully tested on the S2 star in the summer of 2016. The orbit of S2 is shown in red and the position of the central black hole is marked with a red cross. Credit: ESO/L. Calçada )
우리 은하 중심에는 태양 질량의 약 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있습니다. 지난 수십 년간 많은 관측으로 그 실체가 점차 드러난 이 거대 질량 블랙홀은 우리가 가장 가까이에서 관측할 수 있는 거대 질량 블랙홀이기도 합니다.
하지만 그 관측은 쉽지 않았습니다. 일단 수만 광년에 달하는 거리는 물론이고 은하 중심부와 블랙홀 주변에 대량으로 존재하는 가스와 별 때문에 직접 관측이 매우 어렵기 때문입니다. 물론 블랙홀 자체가 사실 좁은 공간에 많은 질량이 밀집한 천체이다보니 블랙홀과 그 주변 구조물 자체가 작다는 문제도 있습니다.
이를 극복하기 위해서는 엄청나게 거대한 망원경이 필요합니다. 단일 망원경으로는 한계가 있기 때문에 여러 개의 큰 망원경을 간섭계로 묶는 방법이 필요합니다. 전파 망원경 가운데는 이전에 설명드린 바 있는 EHT (Event Horizon Telescope, http://blog.naver.com/jjy0501/220730802404 참조)가 그런 대표적 사례입니다.
광학 망원경 간섭계로는 오늘 소개드릴 GRAVITY가 존재합니다. 이 장치는 2세대 거대 간섭계로 유럽 남방 천문대 (ESO)의 8.2m 지름 VLT에 설치됩니다. 4개의 망원경에 설치된 GRAVITY는 마치 130m 급 단일 망원경같은 분해능으로 은하 중심 블랙홀을 관측할 것입니다.
다만 GRAVITY로도 블랙홀의 본체 자체를 볼 수 있는 것은 아닙니다. 보려는 것은 S2라고 알려진 블랙홀 주변의 별입니다. 이 별은 16년 주기로 블랙홀 주변을 공전하는데, 2018년에는 가장 가까운 점을 지나게 됩니다. 이 때 블랙홀에 강력한 중력이 영향이 별의 궤도는 물론 빛의 경로에도 영향을 주게 됩니다.
이 때 과학자들은 역대 가장 정확한 정밀도로 S2의 이동을 관측해서 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증하는 것은 물론 실제로 블랙홀의 강력한 중력장에서 천체의 변화를 감지할 것입니다. 블랙홀의 강력한 중력장은 과학 이론이나 영화에서는 자주 등장하지만, 여기에 근접해서 지나가는 천체를 실제로 관측하는 일은 매우 예외적인 경우입니다.
S2는 근일점에서 블랙홀에서 17광시(light hour)에 불과한 거리를 지나게 됩니다. 이 때 속도가 매우 빨라져 별의 상대 속도가 광속의 2.5%에 달할 것입니다. GRAVITY가 이를 실제로 관측하면 과연 어떤 사실이 밝혀질지 궁금합니다.
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