블랙홀이 존재 한다

지구로부터 47,600광년 떨어진 은하계 중심에서 궤도 운동을 하고 있는 구상성단 NGC 6101. 연구자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 이 성단 내의 별의 위치와 밀도를 지도화했다. 이들은 결국 눈에 보이는 별에 중력을 가하는, 보이지 않는 블랙홀 수백 개의 존재를 추론해 냈다.

영국 서리 대학교의 천체 물리학자인 수석 연구자 미클로스 페우텐은 이렇게 말한다.

“대량의 블랙홀이 있을 만한 장소를 찾았습니다. 이제 그 블랙홀들을 찾아 조사하면 그 이면의 물리학 법칙도 알 수 있습니다.”

그 곳에 블랙홀이 있다면, 그 질량은 태양의 수 배에 해당할 것이며, 초신성(Supernova)으로 죽은 거대 항성의 잔해일 것이다. 이런 블랙홀들은 탄생 시 초신성이 일으킨 반작용으로 인해 성단에서 축출된다는 것이 기존 연구의 입장이었다.

그러나 페우텐에 따르면, 블랙홀 탄생 시 초신성으로부터 받는 반작용은 생각보다 작을 수 있다는 것이 이 새로운 발견으로 뒷받침되었다고 한다. 또한 NGC6101의 밀도가 높지 않다면, 그것은 이 블랙홀들이 성단을 이루는 별들을 중력으로 묶어 놓고 있기 때문이라고 그는 덧붙인다.

과학자들이 이 구상성단을 주목한 것은 특이한 특징 때문이다. 항성들이 늙었음에도 불구하고 그 배열은 젊은 성단의 것이다. 즉, 다양한 질량의 항성들이 항성 내부에 비교적 골고루 분포되어 있다는 것이다. 늙은 성단은 중력에 의해 무거운 별들이 성단 중앙으로 몰려 있다. 게다가 NGC 6101은 빵빵한 모양새를 하고 있다. 또한 그 중심에 눈에 보이는 별들이 적다.

이론 천체 물리학자이자 하버드 대학 천문학 학과장 에이브러햄 로엡은 이 연구에는 참가하지 않았지만, 이렇게 말한다. “이러한 현상의 배후에는 뭔가 흥미로운 원인이 있을 수 있습니다. 저는 그럴 가능성이 매우 크다고 생각합니다. 그러나 그것도 어디까지나 가설일 뿐이지요. 다른 가설들과의 비교를 통해 어떤 것이 더욱 타당한지를 검증하는 것 역시 중요합니다.”



NGC 6101의 구조에 대한 또 다른 설명이 있다. 이 성단에는 질량이 태양의 수천 배에 달하는 중간 질량 블랙홀이 있을 수 있다는 것이다. 그 결과 여러 개의 작은 블랙홀과 마찬가지의 효과, 즉 항성들을 큰 중력을 이용해 붙잡아 두는 효과를 낼 수 있다는 것이 페우텐과 동료들의 설명이다. 또 다른 주장도 있다. NGC 6101에는 다수의 쌍성계가 있다는 것이다. 쌍성계는 단성계보다 더 크고, 따라서 중력도 여러 개의 블랙홀의 중력만 하다는 것이다.

로엡은 이렇게 말한다. “다음 단계는 더 많은 데이터를 얻어 이러한 가설 중 어느 것이 가장 타당한지 따져 보는 것입니다.”

향후의 연구를 통해 NGC 6101의 가시 항성들의 움직임을 분석, 거기 있을지도 모르는 블랙홀의 수와 질량에 대해 더 많은 것을 알아낼 수 있을 거라고 페우텐은 말한다.

그는 NGC 6101과 유사한 특징을 보이는 구상 성단이 약 10개 더 있다면서, 향후의 연구를 통해 이들 구상성단이 다수의 블랙홀을 보유하고 있는지를 알아내고, 그렇다면 그 원인도 알아낼 수 있을 거라고 말한다.

이 발견 내용은 지난 9월 8일 영국 왕립 천문학회의 월간 학회지에 게재되었다.


서울경제 파퓰러사이언스 편집부/by Kate Baggaley