전파망원경 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2025-10-11 (토)

검색

[우주의 속삭임(146)] 두 개의 블랙홀 '쌍둥이 궤도' 첫 관측⋯136년 수수께끼 풀리다

인류가 처음으로 두 개의 블랙홀이 서로를 공전하는 모습을 직접 관측했다. 핀란드 투르쿠대학교 천문학자 마우리 발토넨(Mauri Valtonen) 연구팀은 초대형 전파망원경 관측망을 통해 퀘이사 'OJ287' 중심부에서 두 개의 초질량 블랙홀이 나란히 공전하는 모습을 포착했다고 과학 전문매체 라이브 사이언스, IFL사이언스 등 다수 외신이 9일(이하 현지시간) 보도했다. 해당 연구는 9일 국제학술지 '천체물리학저널(The Astrophysical Journal)'에 게재됐다. OJ287은 지구에서 약 50억 광년 떨어진 곳에 위치한 퀘이사로, 그동안 12년 주기의 밝기 변동이 관측되어 두 블랙홀이 존재할 가능성이 꾸준히 제기돼 왔다. 이번 연구는 지상 및 우주 전파망원경의 관측 자료를 결합해 두 블랙홀의 존재를 시각적으로 입증한 첫 사례로 평가된다. 연구진은 "두 블랙홀이 서로를 도는 장면이 이미지로 확인된 것은 이번이 처음"이라며 "블랙홀 자체는 빛을 내지 않지만, 주변 가스와 고속 입자 제트를 통해 그 위치를 식별할 수 있었다"고 밝혔다. 관측 결과, 중심 블랙홀은 태양 질량의 180억 배, 동반 블랙홀은 약 1억5000만 배로 추정된다. 이번 전파망원경 네트워크에는 러시아의 우주 전파망원경 '라디오애스트론(RadioAstron)' 위성이 포함됐다. 이 위성은 2011년부터 2019년까지 운영된 전파망원경을 탑재한 러시아 과학 위성이다. 이 위성의 안테나는 달까지 거리의 절반까지 접근해 관측 정밀도를 크게 높였다. 덕분에 연구진은 두 개의 제트가 서로 다른 방향으로 뻗어 있는 것을 식별해 각각의 블랙홀에 해당함을 확인했다. OJ287의 특이성은 이미 19세기 후반부터 알려져 있었다. 136년 동안의 광학 관측에서 약 12년을 주기로 밝기가 급등하는 패턴이 반복되어 왔다. 이번 연구는 그러한 주기적 변화가 두 블랙홀의 공전으로 인해 발생한 것임을 뒷받침한다. 블랙홀은 거대한 별이 붕괴하면서 형성되며, 주변 물질을 흡수하며 성장한다. 일부는 강력한 중력과 마찰로 인해 물질이 고온으로 달아오르며 빛을 방출하는데, 이를 '활성은하핵(AGN)'이라 부른다. 이 가운데 가장 극단적인 형태가 퀘이사다. 퀘이사는 태양보다 수십억 배 무거운 초질량 블랙홀이 방출하는 강렬한 빛줄기로, 지구에서도 관측 가능한 우주 최강의 광원 중 하나다. 이번 관측으로 과학자들은 그동안 중력파 탐지로만 간접 확인했던 '블랙홀 이중계'의 실재를 시각적으로 증명하게 됐다. 연구진은 다만 "관측된 두 개의 제트가 겹쳐 보였을 가능성을 배제할 수 없어, 향후 더 높은 해상도의 추가 관측이 필요하다"고 밝혔다. 발토넨 교수는 "라디오애스트론 위성이 활동하던 시기 덕분에 이런 이미지를 얻을 수 있었다"며 "향후 차세대 우주망원경이 가동되면, 작은 블랙홀의 '꼬리 흔들림(wagging tail)' 현상까지 포착할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 발견은 인류가 블랙홀의 형성과 병합 과정을 직접 관찰할 수 있는 새로운 시대의 서막을 알리는 것으로 평가된다.
- 포커스온
2025-10-10 20:33:00
[우주의 속삭임(137)] 나비성운서 포착된 '우주의 먼지'⋯지구 탄생 비밀 푸는 단서

지구 탄생의 기원을 밝히는 단서인 '우주의 먼지'가 나비성운에서 포착됐다고 과학기술 전문매체 사이언스 얼럿이 전했다. 지구로부터 약 3400광년 떨어진 전갈자리 남쪽에 자리한 나비성운(NGC 6302)에서 별의 죽음 과정에서 형성된 결정성 먼지가 식어가는 장면이 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 잡힌 것이다. 별의 최후, '우주의 건축 자재' 남기다 나비성운은 거대한 항성이 생을 마치며 외곽 물질을 우주로 방출해 형성된 행성상 성운이다. 중심에는 백색왜성이 남아 극도로 뜨거운 열을 내뿜고 있으며, 폭발적으로 분출된 가스와 먼지가 나비 날개처럼 펼쳐져 있다. 연구진은 JWST의 적외선 관측과 칠레 아타카마 전파망원경(ALMA)의 데이터를 결합해 성운 내부를 정밀 분석했다. 그 결과, 성운 중심부의 두꺼운 먼지 고리에서는 그을음과 같은 비정질 입자뿐 아니라 포스터라이트, 엔스타타이트, 석영 등 규산염 결정 구조가 확인됐다. 먼지 입자는 수 마이크론 크기로 비교적 오래 성장한 것으로 분석됐다. 중심에서 멀어질수록 이온화 에너지가 낮은 원소가 분포하는 뚜렷한 농도 구배도 관측됐다. 생명 기원의 단서 '탄소 분자' 연구팀은 또 별에서 분출된 철·니켈 제트와 함께 다환방향족탄화수소(PAHs)의 고농도 분포를 발견했다. PAH는 탄소 원자가 고리 구조로 배열된 분자로, 우주 전역에 널리 퍼져 있으며 생명체 형성 이론에서 중요한 요소로 꼽힌다. 산소가 풍부한 환경으로 알려진 나비성운 중심부에서 PAH가 검출된 것은, 별의 강한 바람이 주변 물질과 충돌하며 새로운 유기 화합물을 생성했을 가능성을 시사한다. "우리는 별의 먼지로 이루어졌다" 영국 카디프대의 천체물리학자 마쓰우라 미카코 박사는 "수년간 논쟁이 이어졌던 우주 먼지의 생성 과정을 이번 관측으로 한층 명확히 이해할 수 있게 됐다"며 "차분하게 냉각된 영역에서는 보석 같은 결정체가, 격렬한 충돌이 일어난 영역에서는 거친 먼지가 동시에 형성되는 과정을 직접 확인했다"고 설명했다. 과학계는 이번 연구가 지구와 태양계 형성 과정을 규명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 태양계의 기원을 직접 되돌릴 수는 없지만, JWST와 같은 차세대 장비는 별의 죽음이 남긴 '먼지'가 어떻게 행성과 생명의 재료로 재탄생하는지를 보여주고 있다.
- 포커스온
2025-09-02 17:35:00
[우주의 속삭임(123)] 은하 외곽서 별을 집어삼킨 유영 블랙홀⋯사상 첫 광학 관측

UC버클리 천문학자들이 은하 중심 아닌 외곽에서 발생한 중력파 후보 현상을 포착했다. 은하 중심이 아닌 외곽에서 거대한 블랙홀이 별을 집어삼키는 극적인 장면이 처음으로 포착됐다고 과학 전문매체 사이테크 데일리가 19일(현지시간) 보도했다. 이는 장기적으로 두 초대질량 블랙홀의 병합 가능성을 보여주는 단초로, 향후 중력파 관측의 신기원을 열 것이라는 기대를 모으고 있다. 미국 UC버클리 천문학자들은 최근 AT2024tvd로 명명된 현상을 관측하고, 그 원인이 은하 외곽을 떠도는 블랙홀의 '조석파괴사건(TDE, Tidal Disruption Event)'이라는 사실을 밝혀냈다. 이 블랙홀은 태양 질량의 약 100만 배에 달하며, 자전 속도가 빠른 별 하나를 강한 중력으로 찢어낸 뒤 그 잔해에서 발생한 섬광을 통해 존재를 드러냈다. 이번 발견은 캘로포니아주 팔로마 천문대에 설치된 츠비키 천이 관측소(ZTF, Zwicky Transient Facility)의 광학 카메라를 통해 이루어졌으며, 이후 허블 우주망원경, X선, 전파망원경 등 다중 파장 관측으로 확정됐다. 이러한 유형의 TDE는 기존에 은하 중심에서만 발견됐으며, 비핵 영역(off-nuclear)에서 광학적으로 관측된 것은 이번이 처음이다. 두 블랙홀의 공존…장기 병합 가능성 주목 은하 중심부에도 이미 하나의 초대질량 블랙홀이 존재하고 있는 상황에서, 외곽에 또 다른 거대한 블랙홀이 존재한다는 것은 은하 병합의 잔재로 해석된다. 연구팀은 이 떠돌이 블랙홀이 과거 소형 은하의 중심이었던 블랙홀로, 병합 후 큰 은하에 포획됐을 가능성을 제시했다. 현재 은하 중심에 있는 블랙홀은 태양 질량의 약 1억 배이며, 근처 가스와 물질을 빨아들이며 성장 중이다. 두 블랙홀이 현재는 수천 광년 떨어져 있지만, 수십억 년 후에는 중력 상호작용을 통해 병합될 가능성도 배제할 수 없다는 것이 연구진의 설명이다. UC버클리의 라파엘라 마르구티(Raffaella Margutti) 교수는 "지금처럼 TDE를 통해 두 블랙홀이 근접해 있는 사례를 관측한 것은 처음"이라며 "향후 LISA(Laser Interferometer Space Antenna) 미션을 통해 이 병합에서 발생하는 중력파를 포착할 수 있을 것"이라고 전망했다. TDE, 보이지 않는 블랙홀을 밝히는 '플래시' 블랙홀은 그 자체로 빛을 방출하지 않기 때문에 직접 관측이 불가능하다. 하지만 주변의 별이나 가스가 블랙홀의 중력에 의해 찢겨나가며 생성되는 밝고 뜨거운 원반(강착 원반)과 방출되는 빛은 관측이 가능하다. TDE는 이러한 현상의 대표적 사례로, 블랙홀이 별을 삼키는 과정에서 발생하는 폭발적인 섬광이다. ZTF는 2018년 이후 현재까지 100건 가까운 TDE를 은하 중심에서 포착했으며, 이번처럼 외곽에서 발생한 사례는 전례가 없었다. 이는 블랙홀들이 은하 내에서 떠돌고 있을 수 있음을 시사하는 것이며, 그 수는 지금까지 예측보다 더 많을 가능성을 암시한다. 공동 저자인 라이언 초녹(Ryan Chornock) 교수는 "은하가 병합하면 블랙홀도 함께 들어오지만, 곧바로 병합하진 않는다"며 "이처럼 은하 내부를 떠도는 '유영 블랙홀'이 존재할 수 있다는 이론이 이번에 관측을 통해 확인됐다"고 말했다. LISA, 수백만 태양질량급 병합 중력파 탐지 준비 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(나사·NASA)이 공동으로 추진 중인 리사(LISA) 우주 미션은 향후 10년 내 발사를 목표로 하고 있다. LISA는 수백만 태양질량 규모의 블랙홀 병합에서 나오는 중력파를 탐지하는 데 최적화된 장비로, 지상 기반의 LIGO나 VIRGO가 관측하지 못하는 중간질량대 영역을 담당하게 된다. 이번 AT2024tvd의 발견은 LISA의 과학적 타당성을 높이는 결정적 사례로 꼽힌다. TDE 같은 일시적 사건을 체계적으로 탐색한다면, 향후 LISA가 관측할 수 있는 병합 대상 블랙홀을 사전에 포착할 수도 있기 때문이다. "우주는 조용히 병합 중…우리는 단지 그 흔적을 따라간다" 연구 책임자인 유한 야오(Yuhan Yao) 박사는 "보통은 은하 중심에서만 찾던 현상이 외곽에서 나타났다는 것 자체가 우주 구조 형성의 과정을 다시 생각하게 한다"며, "이번 발견은 하나의 시작이며, 더 많은 '숨은 블랙홀'을 찾을 단서가 될 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 미국 천문학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 게재됐다.
- 포커스온
2025-06-21 08:58:00
[우주의 속삭임(106)] 초기 우주에서 풍부한 산소 발견, 천문학계 '경악'

우주 탄생 후 불과 3억 년이라는 이른 시기에 형성된 것으로 추정되는 한 은하에서 기존 학설로는 설명하기 어려운 다량의 산소가 발견돼 천문학계가 놀라움을 금치 못하고 있다. 최근 관측된 JADES-GS-z14-0 은하는 수소와 헬륨보다 무거운 원소들이 초기 우주에는 극히 드물었을 것이라는 과학계의 통념을 뒤엎는 산소 풍부도를 나타냈다고 과학전문 매체 사시언스얼럿과 CNN 등이 20일(현지시간) 보도했다. 이는 초기 우주가 기존 예상보다 훨씬 빠르게 성숙했을 가능성을 시사하는 또 다른 강력한 증거로 제시되고 있다. 네덜란드 라이덴 천문대의 우주론 학자인 산더르 스하우스는 이번 발견에 대해 "마치 갓난아기들만 있을 것으로 예상되는 곳에서 청소년을 발견한 것과 같다"며 감격했다. 그는 "이번 결과는 해당 은하가 매우 빠르게 형성되었을 뿐만 아니라 빠르게 성숙하고 있다는 것을 보여주며, 은하 형성이 예상보다 훨씬 빠르게 진행된다는 증거가 점점 늘어나고 있음을 뒷받침한다"고 덧붙였다. JADES-GS-z14-0 은하의 존재 자체도 기존 우주론 모델에는 이미 상당한 문제였다. 은하가 탐지될 만큼 거대하고 밝아지기 위해서는 상당한 시간이 필요하다고 여겨졌기 때문이다. 134억 광년이 넘는 거리에서 관측될 수 있을 정도의 크기와 밝기는 기존 이론으로는 쉽게 설명하기 어려웠다. 수소와 헬륨보다 무거운 원소들의 형성에 시간이 걸린다는 점 또한 이번 발견의 중요성을 더한다. 빅뱅 직후 우주에는 수소와 헬륨만이 존재했으며, 밀도 차이로 인해 최초의 별들이 탄생했다. 별의 중심핵에서 수소 원자들이 융합하여 점차 무거운 원소들이 만들어지는 과정을 거쳐야 산소가 존재할 수 있게 된다. 특히, 이렇게 생성된 원소들이 우주 공간으로 퍼져나가기 위해서는 별이 수명을 다하고 초신성 폭발을 일으켜야 한다. 이는 비교적 짧은 시간 안에 일어날 수 있지만, 가장 무거운 별의 수명도 1천만 년 이하일 수 있다. 하지만 칠레 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파망원경(ALMA)을 이용한 관측 결과, JADES-GS-z14-0 은하에서 검출된 수소와 헬륨보다 무거운 원소의 양은 예측치의 10배나 되는 것으로 나타났다. 이는 원소 생성 속도 또한 기존 예상을 훨씬 뛰어넘는다는 것을 의미한다. 이탈리아 고등사범학교의 천체물리학자인 스테파노 카르니아니는 "예상치 못한 결과에 매우 놀랐으며, 이는 초기 은하 진화의 새로운 관점을 열어주었다"고 말했다. 그는 "갓 태어난 우주에서 이미 성숙한 은하의 증거는 은하가 언제 그리고 어떻게 형성되었는지에 대한 의문을 제기한다"고 강조했다. 우주가 팽창함에 따라 멀리 떨어진 은하에서 방출된 빛은 도플러 효과로 인해 붉은 파장으로 늘어난다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 이러한 적색편이된 천체를 탐지하는 데 최적화된 가장 강력한 적외선 우주 망원경이다. JWST 발사 이후 천문학자들은 빅뱅 후 첫 10억 년 동안 초기 우주에서 예상보다 훨씬 큰 은하들을 다수 발견했으며, 이는 초기 우주 진화에 대한 기존의 그림과는 매우 다른 새로운 관점을 제시하고 있다. JADES-GS-z14-0 은하에서의 산소 발견은 초기 우주에서 은하들이 기존 예상보다 훨씬 빠르게 성장하고 진화했다는 것을 점점 더 강력하게 시사하는 또 다른 중요한 단서가 될 것으로 보인다. 이제 과학자들은 이러한 빠른 성장이 우주론적 시간표를 어떻게 변화시키는지, 그리고 초기 우주에 대한 기존의 다른 가설들을 어떻게 재검토해야 할지에 대한 연구를 진행할 예정이다. 이번 연구 결과는 『천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)』과 『천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)』 저널에 게재될 예정이며, 사전 공개 사이트인 arXiv를 통해 확인할 수 있다.
- 포커스온
2025-03-22 15:20:00