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우주 이야기 1554 - 최초로 확인된 두 개의 블랙홀 쌍성계의 제트



 (Two black holes in orbit around each other in quasar OJ287. On the left is a theoretical diagram, calculated by Lankeswar Dey, showing where the black holes and the jets emanating from them were at the time when the picture was taken. On the right is part of an image taken by the system including the RadioAstron satellite (J.L. Gomez and et al., 2022), where the two lower bright spots are the radio emission coming from the two black holes, and the topmost spot is the jet of the smaller black hole. This is shown as a dashed line on the left-hand side diagram, while the black holes are shown as dots. Credit: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2510.06744)

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(Illustration of the proposed astrophysical system of OJ287. Credit: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2510.06744)

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과학자들이 두 개의 블랙홀이 서로의 주위를 공전하면서 강력한 제트를 뿜어내는 모습을 최초로 관측했습니다. 블랙홀의 강한 중력으로 이끌려 빨려들어가는 상당수 물질은 빛조차도 빠져 나올 수 없는 사상의 지평면 아래로 사라지는 것이 아니라 강착원반과 블랙홀의 강한 자기장에 의해 제트의 형태로 방출됩니다.

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블랙홀의 제트는 블랙홀이 흡수하는 물질이 많아질수록 더 강해져 우주 초기에 막대한 물질을 흡수하는 은하 중심 블랙홀의 경우 역설적으로 우주에서 가장 밝은 천체가 됩니다. 이것을 지구에서 관측하면 퀘이사가 됩니다.

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그런데 우주 초기에는 지금보다 은하의 숫자가 더 많았고 더 가까이 붙어 있었습니다. 따라서 은하 충돌이 자주 발생했고 이 과정에서 은하 중심 블랙홀 역시 서로의 강한 중력에 이끌려 서로를 공전하다가 하나로 합체되며 성장했습니다. 하지만 과학자들은 실제로 초기 거대 질량 블랙홀 듀오가 서로 공전하는 모습을 포착하지는 못했습니다.

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핀란드 투르쿠 대학의 마우리 발토넨 (Mauri Valtonen from the University of Turku, Finland)이 이끄는 국제 과학자팀은 가장 밝은 퀘이사 가운데 하나인 OJ287의 두 블랙홀 제트를 사상 처음으로 분리 관측하는데 성공했습니다.

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OJ287는 지구에서 40억 광년이나 떨어져 있지만, 워낙 밝은 천체로 아마추어 망원경으로도 관측할 수 있기 때문에 19세기부터 그 존재가 알려져 있었습니다. 당연히 과학자들은 이 퀘이사를 자세히 관측해 12년 주기로 밝기가 변한다는 사실을 알아냈습니다.

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주기적인 밝기 변화의 이유는 두 개의 거대 질량 블랙홀이 12년을 주기로 공전하기 때문으로 풀이됐습니다. 하지만 너무 먼 거리 때문에 지금까지 이를 직접 확인하기는 어려웠습니다. 연구팀은 10m 지름 우주 전파 망원경인 라디오아스트론 위성 (RadioAstron satellite)을 이용해 최초로 OJ287의 두 제트를 분리해 확인할 수 있었습니다.

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여기서 밝혀진 흥미로운 사실은 큰 블랙홀 주위를 도는 작은 블랙홀이 공전에 따라 자전축이 흔들리면서 제트가 마치 팽이처럼 움직이고 있다는 사실입니다. 이런 독특한 모습은 처음으로 관측되는 것입니다.

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하지만 이는 영원하진 않을 것입니다. 결국 두 블랙홀은 가까지워지고 있으며 최종적으로는 강한 중력에 의해 하나로 합쳐질 것으로 예상됩니다. 아마도 1만년 이내로 이 사건이 발생할 가능성이 있습니다. 인간에게는 아주 먼 미래의 일이지만, 우주에서는 한순간인 셈입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-10-image-black-holes-circling-captured.html

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https://en.wikipedia.org/wiki/OJ_287

Mauri J. Valtonen et al, Identifying the Secondary Jet in the RadioAstron Image of OJ 287, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae057e

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