샤오루(蕭路)
【정견뉴스】
허블 망원경이 관측한 구상성단 NGC 3201 (파란색 원 위치). Credit: ESA/NASA
구상성단은 은하 중심을 공전하는 별들의 집단이다. 그 안의 수많은 별들이 가진 강력한 인력으로 인해 성단 전체가 구형을 띠며, 멀리서 보면 마치 커다란 하나의 별처럼 보인다. 사실 이곳은 수많은 별들이 모여 있는 ‘별들의 고향’이다. 이러한 성단은 우주와 은하의 진화를 연구하는 ‘살아있는 화석’이며, 형성 역사가 매우 유구하다.
최근 천문학자들이 인근의 한 구상성단을 관측하던 중 흥미로운 새로운 발견을 얻었다. 이 성단 내에 항성 질량 블랙홀이 숨겨져 있을 수 있다는 것이다. 더욱 흥미로운 점은 실제로 발견된 것이 이 블랙홀의 ‘짝꿍’인 평범한 항성이라는 사실이다. 블랙홀의 강력한 인력 작용 아래 이 항성은 블랙홀 주위를 빠르게 공전하고 있으며, 시속은 약 40만 킬로미터에 달한다. 이는 천문학자들이 블랙홀의 인력 작용을 통해 블랙홀을 최초로 발견한 사례이기도 하다. 이 연구는 2018년 1월 《영국 왕립천문학회 월간회보(Monthly Notices of Royal Astronomical Society)》에 게재되었다.
이번에 관측된 구상성단의 번호는 NGC 3201이며, 지구로부터 약 1만 6천 광년 떨어져 있다. 칠레에 위치한 초대형 망원경(Very Large Telescope)에 장착된 MUSE 탐사기를 이용하여 과학자들은 성단 내 한 항성이 급격하게 요동치는 것을 관측했다. 정밀한 계산을 통해 과학자들은 이 항성이 태양 질량 약 4배의 블랙홀 주위를 공전하고 있으며, 항성-블랙홀 쌍성계(binary system)를 이루고 있음을 밝혀냈다. 블랙홀이 주변 물질을 끌어당기는 강착(accretion) 과정을 거치지 않았기 때문에 그 자체는 관측될 수 없다. 하지만 그 짝꿍 항성이 결국 블랙홀의 행적을 드러낸 것이다.
기존 이론에 따르면, 비록 구상성단 내에서 천체의 붕괴를 통해 다수의 항성 질량 블랙홀이 생성될 수 있다 할지라도, 이러한 블랙홀들은 성단의 상호작용 하에 신속하게 성단을 이탈하게 된다. 따라서 구상성단 안에는 항성 질량 블랙홀이 존재하지 않으리라 여겨져 왔다. 이번에 발견된 항성-블랙홀 쌍성계가 어떻게 구상성단 내에 살아남을 수 있었는지 그 원인은 여전히 수수께끼로 남아 있다. 게다가 아인슈타인의 일반상대론에 따르면, 이러한 쌍성계는 중력파를 복사해야 한다. 중력파 탐측 기술의 발전과 함께, 더 많은 블랙홀들이 인력 작용을 통해 탐지될 수 있을 것이다. 이는 여전히 ‘잠복’해 있는 이러한 블랙홀들이 더 이상 숨을 곳이 없게 만들 것이다.