우주 이야기 132 - 블랙홀은 어디까지 커질 수 있는가 ?

 이론적으로 블랙홀의 질량은 무한대로 커질 수가 있습니다. 우리 은하 중심에 있는 블랙홀은 태양 질량의 400 만배나 되는 거대한 것이지만 이 보다 훨씬 큰 블랙홀도 가능합니다. 대개 이런 거대질량 블랙홀 (SMBH Super Massive Black Hole) 은 은하 중심에 위치한 것들이 대부분인데 이곳이 은하에서 가장 많은 물질이 모여 있다는 점을 생각하면 당연한 결과일지도 모릅니다. 

 이전에 NGC 4889 에 관한 내용을 전해드리면서 직접 관측된 것 가운데 가장 큰 추정 질량을 가진 블랙홀이라고 언급한 바 있습니다. (  http://blog.naver.com/jjy0501/100145239632 참고)  이 블랙홀의 질량은 태양의 210 억배 수준으로 생각되는데 가능한 범위는 60 억배에서 370 억배 사이입니다. 

 이것만 해도 놀라운 수준의 질량을 지닌 블랙홀이지만 사실 이보다 더 큰 질량이 한점에 모인 블랙홀 역시 이론적으로 얼마든지 가능합니다. 최근 스탠포드 대학의 Julie Hlavacek-Larrondo 가 이끄는 연구팀은 가장 밝은 은하단을 관측하면서 가장 거대한 블랙홀의 질량을 다시 추정했습니다. X ray 및 라디오 파에서 나오는 밝기를 측정하므로써 이들의 간접적인 질량을 체크하려 한 것이죠. 

 사실 아주 멀리 있는 거대 질량 블랙홀의 정확한 질량은 직접 측정이 불가능합니다. 우리 은하 중심 블랙홀이야 주변을 공전하는 별들의 질량과 공전 속도등을 측정해서 어느 정도 자신있게 말할 수 있지만 다른 은하 중심 블랙홀은 그렇지 않기 때문입니다. 

 아주 멀리 떨어진 외부 은하 중심 블랙홀의 질량 측정은 사실상 간접적인 방식이 될 수 밖에 없기에 측정치에는 많은 오차 범위가 생길 수 밖에 없겠죠. 연구팀은 새로운 측정 방법으로 태양의 100 억배 이상 질량을 가진 극대질량 블랙홀 (Ultramassive black hole) 의 존재를 추정했습니다. 이들은 나사의 찬드라 X 선 관측 위성의 자료를 사용해 이와 같은 연구 결과를 발표했습니다. 

(대형 타원 은하가 은하단 PKS 0745-19 중앙에 보이고 있음. 이 사진은 찬드라 x 선 위성 관측 결과 (보라색) 과 허블 우주 망원경 사진 (노란색) 을 합성한 것으로 가운데 은하는 거대한 질량을 가지고 있는 것으로 추정됨. 그 중심 블랙홀은 이전에 생각했던 것 보다 10 배나 거대한 태양 질량의 100 억 - 400 억배 사이 질량을 가졌을 가능성이 제기됨 Credit: X-ray: NASA/CXC/Stanford/Hlavacek-Larrondo, J. et al; Optical: NASA/STScI; Radio: NSF/NRAO/VLA ) 

 연구팀은 이런 극대질량 블랙홀의 추정 질량이 실제 보다 낮게 나왔을 가능성을 제기하고 있습니다. 이런 극대 질량 블랙홀은 뜨거운 가스를 다량으로 품고 있는 은하단 중심에 존재할 가능성이 높으며 이를 간접 측정하므로써 그 존재를 추정할 수 있다는 것입니다.  

 블랙홀의 질량이 실제로 얼마나 거대해 질 수 있는가는 흥미로운 주제이긴 하지만 사실 아주 멀리 떨어진 거대 블랙홀의 질량을 실제로 측정하다는 것은 간단한 문제는 아니라고 하겠습니다. 따라서 가장 거대한 질량을 가진 블랙홀에 대한 연구는 앞으로도 계속 지속될 수 밖에 없을 것으로 봅니다. 

 참고 

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/12/121218143000.htm

Journal Reference:

J. Hlavacek-Larrondo, A. C. Fabian, A. C. Edge, M. T. Hogan. On the hunt for ultramassive black holes in brightest cluster galaxies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012; 424 (1): 224 DOI:10.1111/j.1365-2966.2012.21187.x