(Credit: NSF)
역사상 최초로 과학자들이 블랙홀의 이미지를 직접 관측하는데 성공했습니다. 전 세계에 동시 생중계된 기자 회견을 통해 지구에서 5000만 광년 떨어진 거대 은하인 M87 은하 중심 블랙홀의 이미지가 공개되었는데, 이 단순해 보이는 고리 이미지 안에는 엄청난 의미가 내포되어 있습니다. M87은하 중심 블랙홀은 태양 질량의 35억배에서 66억배 정도 되는 거대한 질량을 지닌 블랙홀로 5000광년에 달하는 거대한 제트를 내뿜는 것으로 유명합니다. 이렇게 큰 블랙홀이기 때문에 지금까지 집중적인 관측 목표가 된 블랙홀이기도 합니다.
하지만 전세계 여러 개의 전파 망원경이 힘을 합친 EHT (Event Horizon Telescope)으로도 M87 은하 중심 블랙홀 관측은 쉬운 일이 아니었습니다. 질량에 비해 블랙홀의 크기는 너무나 작기 때문입니다. 이번 연구는 200여명의 과학자와 전 세계에 흩어진 8개의 대형 전파망원경 ( ALMA, APEX, the IRAM 30-meter telescope, the James Clerk Maxwell Telescope, the Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, the Submillimeter Array, the Submillimeter Telescope, and the South Pole Telescope), 그리고 그 데이터를 모아 분석해 이뤄낸 과학적 성과로 현재 관측 기술을 한계까지 끌어올린 끝에 얻어낸 성과라고 할 수 있습니다.
(This infographic details the locations of the participating telescopes of the Event Horizon Telescope (EHT) and the Global mm-VLBI Array (GMVA). Their goal is to image, for the very first time, the shadow of the event horizon of the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, as well as to study the properties of the accretion and outflow around the Galactic Centre. Credit: ESO/O. Furtak)
(A schematic diagram of the VLBI mechanism of EHT. Each antenna, spread out over vast distances, has an extremely precise atomic clock. Analogue signals collected by the antenna are converted to digital signals and stored on hard drives together with the time signals provided by the atomic clock. The hard drives are then shipped to a central location to be synchronised. An astronomical observation image is obtained by processing the data gathered from multiple locations. ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J.Pinto & N.Lira )
위의 그림에서 보듯이 12000km에 흩어진 대형 전파 망원경은 마치 하나의 망원경처럼 작동해 M87 은하 중심부를 관측하게 됩니다. 이 과정에서 모아진 막대한 정보는 인터넷으로 감당하기 어려워 하드디스크에 담아 항공기로 수송한 다음 막스 플랑크 연구소와 MIT에 있는 강력한 슈퍼컴퓨터를 사용해서 분석하게 됩니다. 이번 관측은 1.3mm 파장에서 이뤄졌으며 분해능은 20 micro-arcsecond로 파리에 있는 신문을 뉴욕에서 읽을 수 있는 수준의 분해능이라고 할 수 있습니다. 참고로 EHT는 very-long-baseline interferometry (VLBI) 기술을 사용합니다.
참고로 블랙홀 자체는 두꺼운 가스와 먼지로 둘러쌓여 있어 광학 망원경으로 들여다보기 어렵습니다. 따라서 이보다 파장이 긴 전파 망원경을 사용합니다. 하지만 그래도 작은 블랙홀 자체를 관측하기는 어렵습니다. 좀 더 정확히 말하면 블랙홀 자체는 빛조차 흡수하는 존재이기 때문에 이를 직접 관측할수 없고 주변에 빛이 블랙홀의 중력에 의해 휘어서 블랙홀의 그림자 (Black hole's shadow)를 만드는 모습을 관측할 수 있습니다. (아래 영상 참조)
(Exploring a Black Hole Environment)
(ESOcast 199 Light: Astronomers Capture First Image of a Black Hole)
이번 관측에서 블랙홀 자체는 고리 안쪽의 2.5배 작은 영역에 있으며 지름은 400억km 정도로 추정됩니다. EHT는 이번에 블랙홀 관측에 성공하므로써 목표를 달성했을 뿐 아니라 앞으로 발전 가능성도 보여줬습니다. 더 많은 망원경과 더 강력한 망원경이 힘을 합치면 앞으로 분해능을 더 높여 블랙홀을 더 깊이 파악할 수 있을 것으로 기대됩니다. 이번 연구 결과는 과학사에 남을 쾌거 가운데 하나가 될 것입니다.
참고
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