한국천문연구원 김정숙, 김순욱 연구원이 관측한 블랙홀 이중성인 백조자리 X-3의 모습.© News1


블랙홀 제트 발생 이론 증명을 위한 실제 관측이 세계 최초로 이뤄졌다. 한국천문연구원은 20일 김정숙, 김순욱 연구원이 블랙홀 이중성인 백조자리 X-3을 관측, 블랙홀 제트에 관한 이론을 증명하는 데 성공했다고 밝혔다.

연구진에 따르면 블랙홀에서는 간헐적으로 물질을 방출하는 현상인 제트가 발생한다.

이 때 블랙홀 주변의 밝기가 보통 때 보다 수백에서 수천만 배 정도로 급격히 밝아졌다가 다시 어두워진다.그 동안 학계에서는 이 제트 현상이 언제 발생하는지 추측은 하고 있었지만 워낙 짧은 순간이기 때문에 실제 관측은 어려웠다.

연구진은 먼저 천문연의 KVN 우주전파관측망과 일본국립천문대의 VERA 우주전파관측망 통해 관측한 X-선의 에너지 변화를 분석, 분출 시점을 이론적으로 예측했다.

이에 따라 1~2년의 분출 주기 중 3시간에 불과한 백조자리 X-3의 제트 분출이 시작되는 순간을 관측하는 데 성공했다.

김정숙 박사는 “블랙홀에서 이번에 관측한 것과 같은 제트분출이 일어나는 것은 보통 1~2년 사이에 며칠 정도여서 4년간 수차례 실패했었다. 하지만 포기하지 않고 계속 시도해 마침내 관측에 성공했다”며 소감을 전했다.

김순욱 박사는 “현재 상대론적인 제트 발생 과정에는 여전히 설명되지 않은 수많은 의문들이 남아있어서 차례차례 그 수수께끼들을 풀어갈 예정”이라고 포부를 밝혔다.

이번 연구와 관련된 논문은 7월 20일자 천체물리학저널(Astrophysical Journal)에 게재됐다. 앞서 4월 이들 연구원은 별 탄생의 최신이론을 최초로 증명하는 논문을 같은 논문에 게재하기도 했다.

한편 8월 박사학위 취득 예정인 김정숙 연구원은 국내 최초로 블랙홀 마이크로퀘이사 분야 박사학위 수여자가 된다.
사진 왼쪽부터 천문연 김순욱, 김정숙 연구원. © News1


▲블랙홀 제트
블랙홀의 존재는 블랙홀 자체를 관측하는 게 아니라 블랙홀로 물질이 빨려 들어가는 물질이 주변에서 발생하는 전파 및 X-선, 감마선 등을 관측해 알 수 있게 된다. 블랙홀은 서로 마주보며 돌고 있는 동반성에서 물질을 끌어당기는데 이 때 모든 물질이 블랙홀로 흡수되지는 않고 대부분은 블랙홀 주변을 회전하며 원반을 만들게 된다. 이 원반에 축적된 물질이 일정한 밀도와 온도에 이르게 되면 블랙홀의 자기장 방향에 따라 원반의 수직으로 물질을 분출하게 된다. 이 현상이 블랙홀의 제트다.

▲KVN(Korea VLBI Network)
한국우주전파관측망. 한국천문연구원이 서울, 울산, 제주에 설치한 직경 21m 전파망원경 네트워크로 세 망원경을 연결하여 직경 500km 효과를 내는 관측망.

▲VERA(VLBI Exploration of Radio Astrometry)
일본우주전파관측망. KVN과 연계하면 직경 2000km의 효과를 기대할 수 있다.


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