블랙홀이 기어를 바꾼다? 우주 엔진의 비밀을 밝힌 연구
블랙홀은 단순히 주변 물질을 삼키는 ‘우주 괴물’이 아니라, 강력하고 정교한 에너지원으로서 우주의 진화를 이끄는 핵심 역할을 합니다. 그런데 블랙홀이 마치 자동차처럼 ‘기어’를 바꾸듯, 두 가지 모드로 작동할 수 있다는 증거가 최근 천문학자들의 관측으로 확인되었습니다.
SRON 네덜란드 우주연구소(SRON Netherlands Institute for Space Research) 소속 연구진은 NASA의 찬드라 X선 관측소(Chandra X-ray Observatory)와 뉴멕시코의 확장된 초거대전파망원경(EVLA, Expanded Very Large Array)을 이용해 두 개의 블랙홀 시스템이 물질을 먹는 모습을 관찰했습니다. 이번 연구는 블랙홀이 동일한 엔진으로도 두 가지 다른 모드로 전환할 수 있음을 보여주었으며, 관련 논문 2편은 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society에 발표되었습니다.
블랙홀은 어떻게 기어를 바꿀까?
블랙홀은 주변에서 물질을 빨아들이면서 강력한 X선 방사선을 방출하고, 빛의 속도에 가까운 강력한 제트(jet)를 내뿜습니다. 이 제트는 은하 중심의 초대질량 블랙홀에서 거대한 가스 구름을 불어내고, 은하단 내부를 가열하는 등 우주의 구조와 별 형성에 큰 영향을 미칩니다.
대표적인 예로, 다른 은하 블랙홀 제트가 가스를 때려 별 형성을 촉발한 ‘하니스 부르베르크(Hanny’s Voorwerp)’ 사례가 있습니다. 이런 블랙홀의 제트와 X선 방출 관계를 이해하는 것은 우주 진화의 열쇠 중 하나로 여겨집니다.
2003년, 천문학자들은 X선 방출량과 제트의 세기가 서로 연결되어 있다는 사실을 발견했습니다. 당시엔 모든 블랙홀이 동일한 방식으로 이 관계를 따르는 것으로 보였지만, 곧 몇몇 블랙홀이 표준적인 비율에서 벗어난 사례가 발견되었습니다. 마치 같은 엔진을 쓰더라도 ‘휘발유 모드’와 ‘디젤 모드’처럼 서로 다른 비율로 작동하는 블랙홀들이 존재하는 것처럼 보였죠.
관측으로 확인된 블랙홀의 ‘모드 전환’
이 미스터리를 풀기 위한 실마리는 밝기 변화에 따라 X선/제트의 비율이 변하는 블랙홀을 관측하면서 열렸습니다. 이는 블랙홀이 아예 다른 종류로 나뉘는 것이 아니라, 한 블랙홀이 상황에 따라 두 가지 모드로 전환할 수 있음을 시사했습니다.
이번 연구에서 SRON의 피터 존커(Peter Jonker) 박사와 에바 라티(Eva Ratti) 박사과정 연구원은 두 블랙홀 시스템이 먹이 활동(물질 흡수)이 끝나갈 때까지 관측을 이어갔습니다. 그 결과, 이 두 블랙홀 모두 ‘기어를 바꿀 수 있다’는 사실이 확인되었습니다. 특히 세 블랙홀(이전 연구 포함) 모두 X선 밝이가 일정한 수준에 도달했을 때 모드 전환이 발생했다는 점에서, 이러한 ‘기어 전환’이 블랙홀에서 흔한 현상일 가능성을 보여주었습니다.
에바 라티 연구원은 “이번 발견은 블랙홀이 단순히 두 그룹으로 나뉘는 것이 아니라, 한 블랙홀 안에서 두 가지 모드로 전환하며 에너지를 방출할 수 있다는 강력한 증거를 제공한다”고 강조했습니다.
왜 중요한가?
블랙홀이 언제, 어떻게 기어를 바꾸며 에너지를 방출하는지 이해하는 것은 블랙홀의 작동 원리뿐 아니라, 주변 환경에 미치는 영향을 예측하는 데 필수적입니다. 이번 연구는 블랙홀 엔진의 이중 모드 작동 가능성을 관측으로 확인한 중요한 진전으로, 향후 블랙홀 제트와 은하 진화 연구의 핵심 단서를 제공합니다.
📌 출처
- P. G. Jonker et al., “The black hole candidate MAXI J1659–152 in and towards quiescence in X-ray and radio”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012년 5월 18일자.
- E. M. Ratti et al., “The black hole candidate XTE J1752−223 towards and in quiescence: optical and simultaneous X-ray–radio observations”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012년 5월 16일자.
- SRON Netherlands Institute for Space Research 발표자료
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