【정견뉴스】
블랙홀 주변 소용돌이 형태의 강착원반은, 회전과 끌어당기기 효과를 나타낸다. (NTD 제작)
12월 18일, 과학자들은 회전하는 블랙홀이 우주 시공간을 뒤트는 증거를 사상 처음으로 직접 관측했다고 발표했다. 설탕물을 숟가락으로 저으면 주변의 물이 함께 따라 도는 것을 상상해 보라. 이제 이 장면을 우주 규모로 확장하면, 거대한 블랙홀이 회전하며 모든 것을 집어삼킬 뿐만 아니라 주변 시공간을 ‘끌고 가’ 우주 구조 전체를 휘저어진 설탕물처럼 비트는 현상이 발생한다.
이 발견은 최신 《사이언스 어드밴스(Science Advances)》지에 발표되었으며, 중국과학원 국가천문대가 주도하고 카디프 대학교가 지원한 연구팀에 의해 이루어졌다. 이는 100여 년 전 아인슈타인의 예언을 증명했을 뿐만 아니라, 블랙홀의 더 많은 비밀을 밝혀냈다.
블랙홀은 우주에서 가장 극단적인 천체 중 하나다. 질량이 큰 항성이 연료를 다 소모한 후 중심부가 극도로 밀도가 높은 점인 ‘특이점’으로 붕괴하며 형성된다. 블랙홀의 중력은 빛조차 빠져나갈 수 없을 정도로 강력하다.
알베르트 아인슈타인이 1915년에 제안한 일반상대성 이론에 따르면, 중력은 ‘힘’이 아니라 ‘시공간의 휘어짐’이다. 시공간은 거대한 고무막과 같아서 행성이나 블랙홀 같은 무거운 물체가 이를 오목하게 만들며 주변 물체의 운동에 영향을 미친다.
회전하는 블랙홀은 더욱 특별합니다. 단순히 시공간을 휘게 하는 데 그치지 않고, 마치 고속으로 회전하는 팽이가 주변 공기를 끌어당기듯 시공간을 함께 ‘끌고’ 간다. 이를 ‘프레임 드래깅’ 효과라 한다. 간단히 말해, 블랙홀이 회전할 때 믹서기처럼 시공간을 ‘휘저어’ 주변 물질의 궤도를 흔들리게 만드는 것이다. 이 효과는 일상생활에서는 미미하지만, 블랙홀 근처에서는 극적인 우주 사건을 만들어낸다.
연구팀은 AT2020afhd라고 불리는 ‘조석 파괴 사건(TDE)’에 주목했다. TDE란 별이 거대 블랙홀에 너무 가까이 다가갔을 때, 블랙홀의 중력이 별의 양끝을 조석력으로 잡아당겨 산산조각 내는 현상을 말한다. 이 파편들은 블랙홀 주변을 회전하는 뜨거운 물질 고리인 ‘강착원반’을 형성하고, 여기서 광속에 가까운 고에너지 물질 줄기인 ‘제트(Jet)’를 뿜어낸다.
AT2020afhd 사건에서 과학자들은 강착원반과 제트가 20일 주기로 흔들리는 것을 발견했다. 이것은 무작위적인 움직임이 아니라, 블랙홀이 회전하며 시공간을 끌고 가고 있다는 직접적인 증거이다.
왜 이번이 최초인가? 과거에도 과학자들은 다른 TDE에서 안정적인 신호를 본 적이 있지만, AT2020afhd의 신호는 단순한 에너지 방출로는 설명할 수 없는 단기적인 변화를 보였다. 연구팀은 X선, 무선 전파, 분광 데이터를 분석하여 블랙홀이 마치 자석처럼 ‘중력 자기장’을 형성해 주변 물질에 영향을 미치는 방식을 그려냈고, 이것이 바로 ‘프레임 드래깅’이 작용하고 있음을 확신하게 했다.
놀랍게도 100여 년 전 아인슈타인은 블랙홀이 ‘프레임 드래깅’ 효과를 일으킬 것이라고 예측한 바 있다. 하지만 이제야 비로소 우리는 이를 포착할 수 있는 기술을 갖게 되었고, 일반상대성 이론의 핵심 예측을 직접 입증했다.
이 발견은 블랙홀의 자전 속도, 물질이 블랙홀로 떨어지는 강착 과정, 그리고 은하 전체의 진화에 영향을 미치는 강력한 에너지원인 제트의 형성 과정을 이해하는 데 큰 도움을 준다. 시공간을 뒤트는 블랙홀의 원리를 알게 됨으로써, 우리는 우주의 가장 강력한 에너지를 더 잘 시뮬레이션하고 예측할 수 있게 되었다.
(NTD)
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/300057