우리 은하의 블랙홀도 항성풍을 발생시킨다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-06-10 16:50:31
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- 궁수자리 A* 블랙홀 주변의 차가운 가스층에 원뿔 모양의 틈 발견
- 이 틈이 블랙홀에서 방출되는 고에너지 물질 때문에 생긴 것이라고 밝혀냄
- 약 50년 만에 처음으로 우리 은하 중심 블랙홀에서 활발한 바람을 관측하는 데 성공
블랙홀이 활발하게 물질을 삼킬 때는 일반적으로 이러한 현상이 관측된다. 삼켜진 가스와 잔해들이 사건의 지평선 주변을 점점 더 빠른 속도로 질주하며 고에너지 복사와 가속된 입자 흐름을 우주 멀리까지 방출한다. 활동성 은하핵에서는 이러한 제트가 수백만 광년 떨어진 곳에서도 관측된다. "이러한 제트, 또는 더 일반적으로 말하자면 바람은 실제로 모든 블랙홀에서 발견되어야 한다”고 일리노이주 노스웨스턴 대학교의 마크 고르스키(Mark Gorski)와 레나 무르치코바(Lena Murchikova)가 설명했다.
궁수자리 A*도 바람을 내뿜을까?
하지만 이러한 전형적인 바람은 우리 은하의 중심 블랙홀인 궁수자리 A*에서는 관측되지 않는 것으로 보인다. 거대한 가스와 방사선 거품은 우리 은하의 초거대 블랙홀이 수백만 년 전 엄청난 양의 물질을 삼켜 강력한 유출을 일으켰음을 증명하지만, 그 이후로 이 거대한 중력체는 희미하게 빛나는 고리를 제외하고는 대체로 활동이 없는 것처럼 보였다.
거의 50년 동안 탐색해 왔지만, 천문학자들은 궁수자리 A*에서 이론적으로 가설로 제시된 "블랙홀 바람"을 관측하지 못했다. 그 이유 중 하나는 블랙홀을 관측하는 우리의 관점 때문이다. "블랙홀을 관측하려면 우리 은하의 주 평면을 통해 봐야 한다. 즉, 수많은 먼지, 가스, 이온화된 구조물을 통과해서 봐야 하는데, 이러한 것들을 투과하기가 어렵다"고 무르치코바는 설명했다.
차가운 가스 속의 의미심장한 틈
이제 상황이 달라졌다. 천문학자들이 처음으로 궁수자리 A*에서 오랫동안 찾아 헤매던 입자 바람을 관측하는 데 성공했다. 칠레에 있는 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)에서 얻은 이미지를 이용해 블랙홀의 특징을 포착했다. 5년 동안 이 천문대의 전파 망원경들은 우리 은하 중심부를 반복적으로 관측하며 블랙홀 주변의 차가운 분자 일산화탄소 가스의 움직임을 기록했다.
이 데이터를 바탕으로 고르스키와 무르치코바는 블랙홀 주위를 공전하는 가스의 가장 선명한 이미지를 만들어냈다. 이 이미지를 통해 차가운 가스로 이루어진 밀집된 껍질이 한 지점에서 뚫려 있다는 사실이 밝혀졌다. 약 3광년 길이의 이 틈은 45도 각도로 원뿔 모양으로 넓어지고 있다. 무르치코바는 "이처럼 이전에 관측된 적 없는 것을 발견했을 때, 보통 '우리가 중요한 발견을 했다!'라는 생각보다는 '내 분석에 무슨 문제가 있었던 걸까?'라는 생각이 먼저 든다"고 설명했다.
블랙홀 주변의 바람은 오늘날에도 여전히 활발하다.
정밀한 분석과 X선 이미지와의 비교를 통해 관측 결과가 확인되었다. 고르스키는 "엄청난 양의 물질이 사라졌다"고 보고했다. 이 물질은 전파 이미지에서 더 이상 관측되지 않을 정도로 강렬하게 가열되었거나, 천문학자들의 설명처럼 바깥쪽으로 날아갔을 것이다. 연구진은 "우리의 의견으로는 관측된 CO 가스의 틈은 궁수자리 A*에서 나오는 뜨겁고 활발한 바람에 의해 생성된 것임이 틀림없다"고 말했다.
더욱 중요한 것은, 가스에 나타난 원뿔 모양의 "바람 틈"의 가장자리가 뚜렷하게 구분된다는 점은 블랙홀에서 나오는 바람이 오늘날에도 여전히 활발하게 움직이고 있음을 시사한다고 천문학자들은 설명한다. "이 바람은 상대적으로 약하며 주변 가스와의 상호작용으로 인해 원래 방향에서 벗어났을 가능성이 높다"고 그들은 덧붙였다. 이는 또한 가스 틈의 비대칭성을 설명해 준다.
50년 만에 마침내 확인
천문학자들은 약 50년 만에 처음으로 우리 은하 중심 블랙홀에서 활발한 바람을 관측하는 데 성공했다. 고르스키는 "이 바람의 흔적을 충분히 선명하게 볼 수 있었던 것은 이번이 처음"이라며, "우리는 지난 50년 동안 모두가 찾아 헤매던 것을 정확히 발견했다"고 말했다. 무르치코바는 덧붙여 "이는 우리 블랙홀이 유일한 것이 아니라는 사실을 확인시켜 준다"고 말했다.
궁수자리 A*에서 방출되는 항성풍의 관측은 궁수자리 A* 역시 초거대 블랙홀의 법칙을 따른다는 것을 확인시켜 준다. 우리 은하의 중심 블랙홀은 현재 비교적 활동이 둔화되어 소량의 물질만 흡수하고 있지만, 여전히 고에너지 입자를 미약하게 방출하고 있다. "궁수자리 A*는 이러한 관측을 통해 활동이 멈춘 블랙홀의 생애에 대한 새로운 통찰력을 제공한다"고 무르치코바는 말했다. 이는 다른 초거대 블랙홀 연구에도 중요한 의미를 지닌다.
출처: Mark Gorski und Lena Murchikova (Northwestern University, Illinois, USA), The Astrophysical Journal Letters, 2026; doi: 10.3847/2041-8213/ae63cf
- 궁수자리 A* 블랙홀 주변의 차가운 가스층에 원뿔 모양의 틈 발견
- 이 틈이 블랙홀에서 방출되는 고에너지 물질 때문에 생긴 것이라고 밝혀냄
- 약 50년 만에 처음으로 우리 은하 중심 블랙홀에서 활발한 바람을 관측하는 데 성공
우리 은하의 블랙홀도 항성풍을 발생시킨다.
50년 만에 마침내 증명된 사실:
우리 은하 중심의 블랙홀이 고에너지 고속 입자 항성풍을 발생시킨다는 것이 확인되었다. 이는 오랫동안 제기되어 온 추측을 입증하는 것이다. 궁수자리 A* 블랙홀 주변의 차가운 가스층에 원뿔 모양의 틈이 발견된 것이 그 증거다. 천문학자들은 이 틈이 블랙홀에서 방출되는 고에너지 물질 때문에 생긴 것이라고 밝혀냈다. 이는 활동이 비교적 뜸한 블랙홀조차도 항성풍을 발생시킬 수 있음을 보여준다.
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| ▲ 이 합성 이미지는 우리 은하 중심 블랙홀 주변의 가스 분포를 보여준다. 주황색 영역은 전파로 감지할 수 있는 차가운 가스를 나타내고, 파란색 영역은 X선 영역에서 복사선을 방출하는 뜨거운 가스를 나타낸다. © X선: NASA/CXC/Northwestern Univ./M. Gorski; 전파: ESO/NAOJ/NRAO/ALMA; 이미지 처리: NASA/CXC/SAO/K. Arcand 및 P. Edmonds |
블랙홀이 활발하게 물질을 삼킬 때는 일반적으로 이러한 현상이 관측된다. 삼켜진 가스와 잔해들이 사건의 지평선 주변을 점점 더 빠른 속도로 질주하며 고에너지 복사와 가속된 입자 흐름을 우주 멀리까지 방출한다. 활동성 은하핵에서는 이러한 제트가 수백만 광년 떨어진 곳에서도 관측된다. "이러한 제트, 또는 더 일반적으로 말하자면 바람은 실제로 모든 블랙홀에서 발견되어야 한다”고 일리노이주 노스웨스턴 대학교의 마크 고르스키(Mark Gorski)와 레나 무르치코바(Lena Murchikova)가 설명했다.
궁수자리 A*도 바람을 내뿜을까?
하지만 이러한 전형적인 바람은 우리 은하의 중심 블랙홀인 궁수자리 A*에서는 관측되지 않는 것으로 보인다. 거대한 가스와 방사선 거품은 우리 은하의 초거대 블랙홀이 수백만 년 전 엄청난 양의 물질을 삼켜 강력한 유출을 일으켰음을 증명하지만, 그 이후로 이 거대한 중력체는 희미하게 빛나는 고리를 제외하고는 대체로 활동이 없는 것처럼 보였다.
거의 50년 동안 탐색해 왔지만, 천문학자들은 궁수자리 A*에서 이론적으로 가설로 제시된 "블랙홀 바람"을 관측하지 못했다. 그 이유 중 하나는 블랙홀을 관측하는 우리의 관점 때문이다. "블랙홀을 관측하려면 우리 은하의 주 평면을 통해 봐야 한다. 즉, 수많은 먼지, 가스, 이온화된 구조물을 통과해서 봐야 하는데, 이러한 것들을 투과하기가 어렵다"고 무르치코바는 설명했다.
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| ▲ ALMA 이미지는 궁수자리 A* 주변의 차가운 가스에 원뿔 모양의 틈이 있음을 보여준다. © Gorski and Murchikova/ The Astrophysical Journal Letters, CC-by 4.0 |
차가운 가스 속의 의미심장한 틈
이제 상황이 달라졌다. 천문학자들이 처음으로 궁수자리 A*에서 오랫동안 찾아 헤매던 입자 바람을 관측하는 데 성공했다. 칠레에 있는 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)에서 얻은 이미지를 이용해 블랙홀의 특징을 포착했다. 5년 동안 이 천문대의 전파 망원경들은 우리 은하 중심부를 반복적으로 관측하며 블랙홀 주변의 차가운 분자 일산화탄소 가스의 움직임을 기록했다.
이 데이터를 바탕으로 고르스키와 무르치코바는 블랙홀 주위를 공전하는 가스의 가장 선명한 이미지를 만들어냈다. 이 이미지를 통해 차가운 가스로 이루어진 밀집된 껍질이 한 지점에서 뚫려 있다는 사실이 밝혀졌다. 약 3광년 길이의 이 틈은 45도 각도로 원뿔 모양으로 넓어지고 있다. 무르치코바는 "이처럼 이전에 관측된 적 없는 것을 발견했을 때, 보통 '우리가 중요한 발견을 했다!'라는 생각보다는 '내 분석에 무슨 문제가 있었던 걸까?'라는 생각이 먼저 든다"고 설명했다.
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| ▲ 은하수 내부 1 pc 영역의 12CO(J = 2−1) 선 지도. (a) 복잡한 분자 가스 구조를 보여주는 통합 플럭스 지도. 이 지도는 주 빔 보정을 거쳤다. −195~205 km s−1의 속도 범위 내에서 신호 대 잡음비가 10σ보다 큰 픽셀만 사용되었다. IRS13과 같은 연속체 소스 방향의 흡수는 포함되지 않았다. (b) 블랙홀 주위의 가스 회전을 보여주는 12CO(J = 2−1) 방출의 속도장. Sgr A*의 위치는 별표로 표시되어 있다. Sgr A*의 풍향 원뿔은 화살표로 표시되어 있다. |
블랙홀 주변의 바람은 오늘날에도 여전히 활발하다.
정밀한 분석과 X선 이미지와의 비교를 통해 관측 결과가 확인되었다. 고르스키는 "엄청난 양의 물질이 사라졌다"고 보고했다. 이 물질은 전파 이미지에서 더 이상 관측되지 않을 정도로 강렬하게 가열되었거나, 천문학자들의 설명처럼 바깥쪽으로 날아갔을 것이다. 연구진은 "우리의 의견으로는 관측된 CO 가스의 틈은 궁수자리 A*에서 나오는 뜨겁고 활발한 바람에 의해 생성된 것임이 틀림없다"고 말했다.
더욱 중요한 것은, 가스에 나타난 원뿔 모양의 "바람 틈"의 가장자리가 뚜렷하게 구분된다는 점은 블랙홀에서 나오는 바람이 오늘날에도 여전히 활발하게 움직이고 있음을 시사한다고 천문학자들은 설명한다. "이 바람은 상대적으로 약하며 주변 가스와의 상호작용으로 인해 원래 방향에서 벗어났을 가능성이 높다"고 그들은 덧붙였다. 이는 또한 가스 틈의 비대칭성을 설명해 준다.
50년 만에 마침내 확인
천문학자들은 약 50년 만에 처음으로 우리 은하 중심 블랙홀에서 활발한 바람을 관측하는 데 성공했다. 고르스키는 "이 바람의 흔적을 충분히 선명하게 볼 수 있었던 것은 이번이 처음"이라며, "우리는 지난 50년 동안 모두가 찾아 헤매던 것을 정확히 발견했다"고 말했다. 무르치코바는 덧붙여 "이는 우리 블랙홀이 유일한 것이 아니라는 사실을 확인시켜 준다"고 말했다.
궁수자리 A*에서 방출되는 항성풍의 관측은 궁수자리 A* 역시 초거대 블랙홀의 법칙을 따른다는 것을 확인시켜 준다. 우리 은하의 중심 블랙홀은 현재 비교적 활동이 둔화되어 소량의 물질만 흡수하고 있지만, 여전히 고에너지 입자를 미약하게 방출하고 있다. "궁수자리 A*는 이러한 관측을 통해 활동이 멈춘 블랙홀의 생애에 대한 새로운 통찰력을 제공한다"고 무르치코바는 말했다. 이는 다른 초거대 블랙홀 연구에도 중요한 의미를 지닌다.
출처: Mark Gorski und Lena Murchikova (Northwestern University, Illinois, USA), The Astrophysical Journal Letters, 2026; doi: 10.3847/2041-8213/ae63cf
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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