우주 이야기 701 - 두 개의 거대 블랙홀 관측하기

(Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Victoria/S.Ellison et al. & NASA/CXC/George Mason Univ./S.Satyapal et al.; Optical: SDSS)

 과학자들이 앞으로 하나로 합쳐질 두 개의 거대 질량 블랙홀을 포착했습니다. 본래 멀리 떨어진 두 개의 거대 질량 블랙홀을 관측하기는 쉽지 않았지만, 나사의 찬드라 X선 위성과 WISE, 그리고 지상의 거대 쌍안 망원경 (Large Binocular Telescope)를 이용해서 이 모습을 포착하는 데 성공했습니다. 

 우리 은하 같은 대형 은하는 작은 은하의 충돌을 통해서 지금처럼 커진 것으로 생각되고 있습니다. 페어펙스 대학의 소비타 사티아팔(Shobita Satyapal, from George Mason University in Fairfax, Virginia)이 이끄는 연구팀은 SDSS 관측 데이터에서 찾은 7개의 합쳐지는 은하를 관측했습니다. 그리고 그 가운데 5개에서 분명한 두 개의 블랙홀을 발견했습니다 

 우리 은하를 비롯해 대부분의 은하의 중심부에는 매우 큰 질량을 지닌 블랙홀이 존재합니다. 은하의 중심부는 많은 질량이 몰리는 장소이므로 이들이 합쳐 하나의 거대한 블랙홀으로 성장하기 쉽기 때문입니다. 두 개의 은하간의 충돌로 하나의 거대 은하가 되는 경우 이들 역시 결국 충돌해 더 큰 하나의 블랙홀이 되리라는 점은 쉽게 예측이 가능하지만, 실제로 관측하기는 매우 어려웠습니다. 대부분의 충돌 은하가 멀리 떨어져 있는데다, 은하 중심부는 가스와 별이 많아 세부관측이 어렵기 때문입니다. 

 연구팀은 적외선 관측 위성인 WISE 데이터를 이용해서 적외선을 방출하면서 빠르게 성장 중인 은하의 위치를 파악했습니다. 그리고 찬드라의 X선 관측 결과를 통해서 정확한 블랙홀의 위치를 잡아낼 수 있었습니다. 이 두 거대 질량 블랙홀은 3만 광년 이내의 거리에서 서로의 주변을 공전하고 있으며 결국 미래에는 거대한 중력파를 만들면서 하나로 합쳐질 운명입니다. 

(동영상)

 미래에 두 개의 거대 질량 블랙홀이 충돌하면 먼 거리에서도 그 중력파가 Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) 같은 장비로 검출이 가능할 것입니다. 다만 우주 전체로는 거대 질량 블랙홀간 충돌이 그렇게 드문 일이 아니라도 인간의 관점으로 봤을 때 흔한 일도 아닙니다. 은하의 충돌 과정은 수십 억년이 걸리는 일이니까요.

 아마도 오래 전 우리 은하 역시 이렇게 거대한 블랙홀 충돌을 경험했을 것입니다. 비록 우리는 그 장면을 목격하기 어렵지만, 대신 다른 은하를 보면서 그 과정을 이해할 수 있습니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2017-10-scientists-elusive-giant-black-hole.html