(This artist's illustration shows a runaway SMBH that was ejected from its host galaxy. As it travels through space it generates a bow shock in front of it, while behind it trails a long stream of stars and gas. Image Credit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI).)
일반적으로 은하 중심에는 태양 질량의 수백만 배에 달하는 초거대 질량 블랙홀이 존재합니다. 이런 거대 질량 블랙홀은 은하 전체에 영향을 미치는 존재로 은하의 물질 분포와 성장을 조절하는 핵심 엔진입니다.
영화 인터스텔라에 나오는 가르강튀아는 거대질량 블랙홀이면서도 주변에서 물질을 흡수하지 않아 강착원반과 제트가 존재하지 않는 형태의 블랙홀로 나옵니다. 앞서 영상에서 이런 블랙홀이 불가능하진 않지만, 우리가 대부분 관측한 블랙홀의 모습은 강력한 제트를 지녀 주변에 행성이 존재할 수 없는 블랙홀이었습니다.
그런데 이론적으로 거대 질량 블랙홀도 은하 중심에서 탈출할 수 있습니다. 약 3년 전 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경과 허블 우주 망원경을 이용해서 그 유력한 후보인 RBH-1을 발견했습니다. 투시프 이스람 (Tousif Islam)이 이끄는 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스(UCSB)의 카블리 이론물리학 연구소(KITP)와 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스(avli Institute for Theoretical Physics (KITP), University of California-Santa Barbara (UCSB) and the University of Texas at Austin)의 연구팀은 RBH-1의 기원을 분석했습니다.
연구팀에 따르면 두 은하가 7천 만 년전 합쳐지면서 두 거대 질량 블랙홀이 가까이 다가갔고, 이때 두 초거대질량 블랙홀(SMBH)이 병합할 때 발생하는 비대칭 중력파의 중력파 반동 (recoil) 최종 블랙홀에 ‘킥(kick)’을 주어 튕겨 나가게 한 것이 이렇게 큰 질량을 지닌 블랙홀이 우주를 초속 1000km의 속도로 떠돌게 된 이유입니다.
일반적으로 은하가 합체될 때 은하 중심 블랙홀 역시 강한 중력으로 서로 끌어당기면서 합체해 더 큰 블랙홀이 되는 것이 가장 일반적인 경우입니다. 하지만 경우에 따라서 이렇게 하나가 밖으로 튕겨나가는 경우도 있는데, 이는 마치 우주 탐사선이 행성에서 플라이바이 하면서 중력을 속도로 바꾸는 것과 같은 이치입니다.
연구팀은 법의학 수사처럼 어떤 경우에 이렇게 초거대 질량 블랙홀이 외부로 탈출할 수 있는지 분석했습니다. 연구팀이 활용한 이론 모델은 두 블랙홀이 병합될 때 각 블랙홀의 질량과 스핀이 병합 후 남은 블랙홀의 질량, 스핀, 반동 속도에 미치는 영향을 예측할 수 있습니다. 연구진은 수백만 가지의 가능한 원시 쌍성 블랙홀 구성을 RBH-1과 비교했습니다.
그 결과 질량비가 6:1 미만은 두 개의 초거대 질량 블랙홀이 서로 가까이 다가서던 중 하나를 가속해 튕겨낸 것으로 나타났습니다. 그리고 질량이 큰 블랙홀은 빠르게 회전하고 있었고 충돌 직전 강한 세차 운동을 했을 가능성이 높은 것으로 나타났습니다.
연구팀은 앞으로 발사를 앞둔 낸시 그레이스 로만 우주 망원경이나 다른 강력한 차세대 망원경, 그리고 레이저 간섭계 우주 안테나(LISA)같은 우주 기반 중력파 관측소의 데이터가 모아지면 더 많은 사례들이 발견될 것으로 기대하고 있습니다. 이 가운데 과연 실제 가르강튀아 같은 블랙홀과 밀러 행성 같은 행성이 존재할 수 있을지 궁금합니다.
참고
Tousif Islam et al, Progenitor of the Recoiling Supermassive Black Hole RBH-1 Identified Using HST and JWST Imaging, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/fm3n-sy3f. On arXiv: arxiv.org/abs/2601.18986
https://phys.org/news/2026-08-runaway-supermassive-black-hole-rbh.html
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