천문우주학과 연구진, M87 블랙홀 고리 구조의 밝기 변화 관측
일반 상대성 이론 및 M87 블랙홀의 존재 다시 한번 검증
블랙홀 주변 물질 유입‧방출 과정에 대한 단서 발견 기대
[그림. M87 블랙홀 이미지를 2017년 4월 관측(왼쪽)과 2018년 4월 관측(오른쪽)으로부터 얻은 결과. 블랙홀 그림자로 불리는 중심 검은 부분과 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이 고리 모양으로 관측됐다. 하단의 하얀 선은 빛이 나흘 동안 갈 수 있는 거리를 의미한다.(출처: ©EHT Collaboration)]
이과대학 천문우주학과 조일제 박사후연구원은 한국천문연구원 연구진, 대만중앙연구원 천문천체물리연구소 연구진 등과 국제 공동 연구를 통해 사건 지평선 망원경(EHT, Event Horizon Telescope)으로 M87 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조를 또다시 포착했다. 이번 영상은 2018년 관측 데이터로부터 얻었으며 이는 2017년 인류 역사상 최초로 포착해 2019년에 발표한 M87 블랙홀의 1년 뒤 모습이다.
2018년 포착한 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기는 2017년과 일치했지만, 고리 구조의 밝기 분포에서 차이가 나타났다. 아인슈타인 일반 상대성 이론에 의하면 블랙홀 고리 구조의 크기는 블랙홀 근처의 강한 시공간의 휘어짐으로 인해 시간이 흐름에 따라 일정하게 관측될 것으로 예상되지만 밝기의 경우 블랙홀 주변 플라스마에 존재하는 난류 등의 효과로 인해 변할 수 있다.
연구진은 2017년과 2018년 관측 영상을 비교·분석해 일반 상대성 이론 및 M87 블랙홀의 존재를 다시 한번 검증했으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 후속 연구를 통해 고리 구조의 밝기 변화를 분석함으로써 블랙홀 주변 물질 유입 및 방출 과정에 대한 실마리를 찾을 것으로 기대하고 있다.
본 관측에는 2018년 새로 참여한 그린란드 망원경(Greenland Telescope)의 역할이 컸다. 기존 8대의 사건 지평선 망원경에 신규 망원경이 추가되고 자체 망원경 성능도 향상돼 블랙홀 영상의 정확도가 크게 개선됐다. 사건 지평선 망원경은 2017년을 시작으로 2018, 2021, 2022년에 M87을 관측했으며 2024년에도 관측을 수행할 예정이다. 특히 올해는 한국천문연구원이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network)이 관측에 직접 참여한다. 우리 대학교 캠퍼스 내에 위치한 전파망원경이 그중 하나이며, 이로부터 연구진은 더 정확한 블랙홀 영상을 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다.
블랙홀 영상화팀의 공동 리더인 조일제 박사후연구원은 “블랙홀 영상화는 페타바이트에 달하는 방대한 관측 자료를 과학 연구에 필요한 영상으로 변환하는 중요한 과정”이라며 “이번 영상화 과정에서 한국 연구자들이 영상화팀의 공동 리더를 맡음으로써 거대 국제 협력 프로젝트에서 주도적인 역할을 수행했다.”고 강조했다.
이번 연구의 총괄 책임자인 대만중앙연구원 천문천체물리연구소 소속 케이치 아사다(Keiichi Asada) 박사는 “과학 연구에 있어 가장 중요한 가치 중 하나가 관측 결과의 재현성”이라며, “블랙홀 그림자의 존재를 새로운 관측을 통해 확인했다는 것은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 확실하게 입증하는 중요한 결과”라고 언급했다.
한편, 본 연구는 ‘천문학 & 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)’ 2024년 1월호에 게재됐다.
논문정보
● 논문제목: The persistent shadow of the supermassive black hole of M 87: I. Observations, calibration, imaging, and analysis
● 논문주소:
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347932
https://www.yonsei.ac.kr/_custom/yonsei/_app/ocx/news/app.jsp?mode=view&ar_seq=20240119084839692031&sr_volume=635&list_mode=list&sr_site=S&pager.offset=0&sr_keyword=%EC%B2%9C%EB%AC%B8
