수십 년 동안 과학자들은 우주에서 가장 밝은 물체로 간주되는 일부 퀘이사가 실제로 중력 탱고에 갇혀 있는 하나가 아닌 두 개의 블랙홀을 숨기고 있을 수 있다고 의심해 왔습니다. 이제 인류 역사상 처음으로 천문학자들은 그것의 직접적인 전파 이미지를 포착했다고 믿습니다. 연구자들은 지구와 궤도에 있는 일련의 망원경을 사용하여 게자리에서 50억 광년 떨어진 곳에 위치한 퀘이사 OJ287 내부에서 서로 공전하는 한 쌍의 초거대 블랙홀을 식별했습니다.
두 우주 거인은 12년 궤도 주기로 서로 묶여 있으며, 블랙홀은 육안으로는 보이지 않지만 그들이 우주로 쏘아 올린 고속 입자 제트에 의해 그 존재를 감지할 수 있습니다. 그 제트 중 하나는 더 작은 블랙홀에 속하고, 다른 하나는 시스템 중심에 있는 180억 태양질량 괴물에서 나옵니다. 이는 지금까지 발견된 가장 큰 블랙홀 중 하나의 절반 크기를 조금 넘는 크기입니다. 이 발견은 10월 9일 The Asphysical Journal에 게재되어 블랙홀 쌍이 실제로 존재함을 확인했습니다. 중력 이론과 간접적인 증거에 의해 오랫동안 추측되어 온 개념입니다.
이 놀라운 발견은 이곳 푸른 행성의 전파 망원경의 데이터와 우주의 위성을 결합함으로써 가능해졌습니다. 문제의 위성은 러시아의 RadioAstron(Spektr-R)으로, 이 위성의 궤도는 달의 절반까지 뻗어 있습니다. 결과는? 표준 광학 망원경 보기보다 거의 100,000배 더 선명한 이미지이자 오랜 질문에 대한 답변입니다.
100년 된 질문에 답이 있나요?
퀘이사 OJ287은 블랙홀이 광범위하게 연구되기 훨씬 전부터 한 세기가 넘도록 천문학자들의 관심의 중심에 있었습니다. 천문학자들은 19세기에 처음으로 퀘이사의 사진을 찍었지만 당시에는 깨닫지도 못했습니다. 그러나 1982년이 되어서야 핀란드의 천문학자 아이모 실란파(Aimo Sillanpää)는 이상한 점을 발견했습니다. 퀘이사의 밝기가 12년마다 기이할 만큼 규칙적으로 변동한다는 것입니다. 이 흥미로운 패턴은 두 개의 블랙홀이 서로 공전할 가능성을 암시하며, 하나가 다른 블랙홀의 강착 원반을 통과할 때마다 밝기의 폭발이 부산물이 됩니다.
수십 년 동안 연구자들은 이론을 증명할 수 있는 기술이 없었기 때문에 이를 증명할 수 없었습니다. NASA의 TESS 위성과 같은 장비는 변동하는 빛 패턴을 확인할 수 있었지만 망원경은 실제로 쌍을 분리할 수 있는 정밀도를 갖지 못했습니다. Mauri Valtonen이 이끄는 핀란드 투르쿠 대학의 연구원들이 OJ287에 고급 무선 간섭계 기술을 적용하면서 상황이 바뀌었습니다. 놀랍게도 결과 이미지는 이전에 계산된 모델과 정확히 일치했습니다. 따라서 그들은 방정식이 있어야 한다고 말한 두 블랙홀을 정확히 찾아낼 수 있었습니다.
투르쿠 대학이 발표한 성명에서 발토넨은 블랙홀 자체는 여전히 완전히 검고 감지할 수 없지만, 그 주위를 소용돌이치는 빛나는 가스와 입자 제트가 블랙홀을 만들어낸다고 설명했습니다. 이제 과학자들은 이런 종류의 우주적 사건을 실시간으로 관찰할 수 있게 되었습니다.
아직 검토 중인 발견
모든 것이 보이는 대로라면, 이 이미지는 블랙홀이 실제로 쌍으로 살 수 있다는 수십 년 된 이론을 마침내 확인시켜 줍니다. 수년 동안 중력파 탐지는 블랙홀 쌍이 존재해야 한다는 미묘한 힌트를 제공했는데, 이는 병합이 우주 전역에 측정 가능한 파문을 보내는 점을 감안할 때입니다.
증거가 유망한 만큼, 투르쿠의 연구자들은 이를 뒷받침할 시각적 증거가 나올 때까지 성급하게 결론을 내리지 않습니다. 거기에 두 개의 블랙홀이 있다는 것과 동일한 제트에서 두 개의 겹치는 제트가 아니라는 것을 실제로 확인하려면 또 다른 고해상도 이미지가 필요합니다. 숨겨진 초대질량 블랙홀을 찾는 것이 얼마나 힘든 일인지를 부드럽게 상기시켜줍니다.
추가 확인이 필요하더라도 이번 발견은 올바른 방향으로 나아가는 흥미로운 단계입니다. 만약 연구자들이 그들의 발견을 재현할 수 있다면 OJ287은 서로 공전하는 두 개의 블랙홀의 최초의 입증된 사례가 될 수 있습니다. 이번 발견은 초대질량 블랙홀이 우주 전역에서 어떻게 형성되고 진화하는지 이해하기 위한 기반이 될 수 있습니다.
