처음 모습 드러낸 블랙홀, 아인슈타인 당신이 옳았어요 2nd
처음 모습 드러낸 블랙홀, 아인슈타인 당신이 옳았어요 2nd
입력 2019.04.11 03:07
[오늘의 세상] 한국 등 20개 연구기관, 전파망원경 8개 동시가동해 인류 첫 관측
블랙홀, 빛까지 빨아들여… 주변 회전하는 물질 통해 형태 확인
◇아인슈타인의 상대성이론 예측과 일치
이날 EHT가 공개한 블랙홀 영상은 한쪽이 밝게 빛나는 초승달 모양이다. 이는 블랙홀 자체가 아니라 그 주변을 엄청난 속도로 회전하고 있는 물질에서 나온 빛이다. 이 물질과 블랙홀 경계면이 바로 이번 프로젝트 이름이기도 한 ‘사건 지평선(event horizon)’이다. 물질들이 이곳을 넘어 블랙홀로 빠지면 영원히 돌아 나오지 못한다.
블랙홀은 18세기에 처음 제시된 개념이지만, 과학 연구 대상이 된 것은 1915년 아인슈타인의 일반상대성이론 덕분이다. 아인슈타인은 천체가 너무 무거우면 자체 중력에 스스로 급격하게 수축한다고 주장했다. 바로 블랙홀이 되는 것이다. 지구 정도 질량이 블랙홀이 되면 지름이 1㎝로 수축된다.
연구진은 빛이 나오지 않는 블랙홀을 직접 관측하는 대신 블랙홀의 윤곽인 ‘그림자’를 관측하는 방법을 택했다. 블랙홀은 중력이 워낙 강해 주변의 시공간(時空間)을 휘게 한다. 볼링공이 떨어져 매트리스가 움푹 들어가는 것을 연상하면 된다. 시공간이 휘면 블랙홀 뒤쪽을 도는 물질에서 나오는 빛도 앞으로 휘어져 나온다. 이렇게 블랙홀을 앞뒤로 둘러싼 물질을 다 확인하면 블랙홀 윤곽이 드러난다. 이를테면 보자기가 감싸고 있는 모양을 보고 그 안의 물체가 어떻게 생겼는지 아는 것과 같다. 영상에서 블랙홀의 한쪽이 밝게 보이는 것도 특이한 현상이다. 사건 지평선에 다가간 물질은 빛에 가까운 속도로 공전하며 블랙홀로 끌려 들어간다. 아인슈타인의 상대성이론에 따르면 이렇게 회전하는 물질의 원반 중 지구를 향해 움직이는 부분은 지구에서 멀어지는 부분보다 더 밝게 보인다. 구급차가 가까이 올수록 사이렌 소리가 커지고 지나치면 소리가 작아지는 것과 같은 원리다.
결국 이번에 공개된 영상은 블랙홀에 대한 아인슈타인의 생각이 옳았음을 입증한 것이다. 아인슈타인의 일반상대성이론은 1919년 개기일식 때 태양 주위를 지나는 빛이 휘는 것을 관측해 처음으로 실험적으로 입증됐다. 100년 만에 블랙홀을 통해 아인슈타인의 천재성이 재확인된 셈이다. 지난해 세상을 떠난 영국의 천체물리학자 스티븐 호킹은 블랙홀이 별들의 최후일 뿐 아니라 우주가 탄생한 시작점이기도 하다는 이론을 폈다. 블랙홀을 이해하면 우주의 시작과 끝을 모두 파악할 수 있는 것이다.
◇전 세계 8곳 전파망원경 동원
EHT 연구진은 이번에 전 세계 8곳의 전파천문대를 총동원했다. 과학자들은 블랙홀에서 나온 전파가 지구까지 도달하려면 파장이 1.3㎜ 정도여야 한다고 계산했다. 이 파장대의 전파를 포착하려면 전파망원경 지름이 지구만 해야 한다. EHT는 전 세계에 흩어진 전파망원경을 동시에 가동해 지구만 한 망원경과 같은 효과를 냈다. 정밀도는 파리의 카페에 앉아 뉴욕의 신문 글자를 읽을 수 있는 정도라고 연구진은 설명했다. EHT 프로젝트 총괄 단장인 셰퍼드 도엘레만 박사(하버드 스미스소니언 천체물리연구센터)는 이날 “세계 최고 성능의 전파망원경들을 서로 연결해 한 세기 전만 해도 불가능하리라 여겼던 일을 이뤄냈다”고 밝혔다.
천문연구원, 서울대 등 국내 연구기관의 과학자 8명도 이 프로젝트에 참여했다. 천문연구원 손봉원 박사는 “이번 결과는 아인슈타인의 상대성이론에 대한 궁극적 증명이며, 블랙홀을 실제 관측해 연구하는 시대가 도래했음을 의미한다”고 말했다.
