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고령의 문을 가만히 이 느껴졌다. 가 것이사건지평선망원경으로 관측한 M87 블랙홀 영상, 왼쪽부터 2017, 2018, 2021년의 결과를 나타내며 고리 위 가느다란 선은 자기장의 크기와 방향을 의미한다. /사진=우주항공청


국내 연구팀이 참여한 국제공동연구 프로젝트 '사건지평선망원경'(EHT·Event Horizon Telescope)은 2017년 발견된 초대질량 블랙홀의 자기장 패턴이 뒤집혔음을 확인했다.
우주항공청(이하 우주청)은 한국천문연구원, UNIST(울산과학기술원), 경희대, 연세대 등 국내 연구기관·대학이 공동 참여한 EHT팀이 M87 은하 초대질량 블랙홀을 관측한 결과 자기장 모습이 시간에 따라 변화했음을 발견했다고 16일 밝혔다. 연구 성과는 국제 학술지 이미사용중 '천문학과 천체물리학' 9월호에 실렸다.
M87 은하는 지구에서 약 5500만 광년 떨어진 처녀자리 은하단 중심 근처의 거대한 타원 은하다. EHT 연구팀은 M87 은하의 중심에 초대질량 블랙홀이 있음을 확인, 2017년 인류 최초로 블랙홀의 모습을 촬영해 공개한 바 있다.
이번에는 M87 블랙홀이 최초 촬영된 20 소속회사 17년에 이어 2018년, 2021년에 걸쳐 어떻게 변화했는지 분석한 결과를 내놨다.
그 결과 2017년 이후 4년에 걸쳐 블랙홀 자기장 패턴이 뒤집혔다. 중심부 그림자와 고리 모양은 그대로였지만, 빛의 편광(일정한 방향으로 진동하는 빛) 패턴이 크게 달라졌다.



경상남도지방자치단체 2017년(왼쪽)과 2021년(오른쪽) 사이 편광 방향을 설명할 수 있는 이론 모델 중 하나인 블랙홀 주변 자기장의 변화를 나타낸 모식도. 가운데 검은색 원은 M87 블랙홀, 흰색 막대는 관측된 빛의 고리의 편광 방향, 검은색 실선은 자기장의 방향을 나타낸다. 해당 모델에서 편광 방향의 패턴이 뒤집힘에 따라 블랙홀 주변 자기장의 방향도 마찬가지로 라루체식대 변함을 볼 수 있다. /사진= UNIST (EHT Collaboration 제공)


2017년 영상과 비교하면 편광의 회전 방향이 정반대로 바뀌었다. 분석을 주도한 김재영 UNIST 물리학과 교수 연구팀은 "M87 블랙홀 근처 자기장이 구조적으로 바뀌었거나, 플라스마와 뒤섞이면서 이같은 현상이 나타났 2009년4월6일 을 수 있다"고 설명했다. 사건지평선 부근의 자기장과 물질이 학계가 예측했던 것보다 훨씬 역동적이며 복잡한 운동을 한다는 증거다. 사건지평선은 블랙홀의 경계면을 말한다.
김 교수는 "사건지평선 주변에는 고온·고압 플라스마가 순식간에 블랙홀로 떨어지거나 분출한다"며 "이 흐름이 주변을 휘저어 편광의 변화를 만든 것 같다"고 분석했다. 그러면서 "이 현상을 이해하려면 기존 모델을 넘어선 더 정밀한 연구가 필요하다"고 했다.
한편 이번 연구에는 김 교수의 지도를 받은 이덕형 UNIST 석사과정생이 주요 역할을 한 것으로 알려졌다. 이 석사과정생은 2021년 데이터를 실제로 검증하고 통계 분석을 주도했다. 국내 대학원생이 거대 국제 프로젝트에서 핵심 데이터를 직접 책임진 사례다.
EHT는 2026년 세계 최초로 블랙홀의 단기간 변화를 관측해 동영상화하는 프로젝트를 진행할 계획이다. 여기에는 천문연이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN)이 직접 참여할 예정이다.
손봉원 천문연 책임연구원은 "이번 결과를 비롯한 주요 연구를 한국 젊은 연구자들이 이끌고 있다"며 "블랙홀 연구에서 한국은 이제 핵심 국가"라고 했다.
강경인 우주청 우주과학탐사부문장은 "이번 성과는 블랙홀이라는 우주의 극한 환경을 이해하는 데 한 걸음 더 다가선 중요한 결과"라며 "앞으로도 세계적 수준의 우주 관측 연구를 통해 인류의 지식 지평을 넓히는 데 기여하겠다"고 했다.
박건희 기자 wissen@mt.co.kr