2021년 크리스마스에 발사된 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 현존하는 광학 우주 망원경 중에서 크기가 가장 크며 적외선 분해능과 감도가 뛰어나 허블 우주 망원경으로 관측하기 어려운 천체까지 관측할 수 있다. JWST 관측으로 다수 발견된 우주 초기 미확인 천체 ‘작은 빨간 점’(little red dots, LRD)’의 정체를 두고 오랫동안 논쟁이 이어지고 있다. 선행 연구들은 LRD가 초거대 질량 블랙홀일 가능성을 제기해왔지만 기존 모델들이 해당 블랙홀의 질량을 과대 추정했을 수 있다는 지적도 있었다. 이런 가운데 영국, 이탈리아, 독일, 스페인, 미국, 프랑스, 네덜란드대, 캐나다, 중국, 일본, 덴마크 11개 대학과 연구기관으로 구성된 공동 연구팀은 우주 탄생 7억 년 후에 등장한 블랙홀 질량을 직접 측정하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 영국 케임브리지대 우주론 연구소, 런던대(UCL), 옥스퍼드대, 하트퍼드셔대, 이탈리아 피렌체대, 피렌체 아르체트리 천문대, 피사 고등사범대, 로마대, 인수브리아대, 로마 천문대, 독일 막스 플랑크 외계 물리학 연구소, 하이델베르크대, 스페인 마드리드 우주 생물학 연구센터, 미국 하버드-스미스소니언 천체물리학 연구센터, 텍사스 오스틴대, 애리조나대, 캘리포니아 산타크루즈대(UCSC), 프랑스 소르본대, 액스 마르세이유대, 네덜란드 그로닝언대, 캐나다 토론토대, 중국 북경대, 일본 와세다대, 덴마크 코스믹 던 연구센터, 코펜하겐대 과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 5월 28일 자에 실렸다. 연구팀은 JWST가 포착한 천체 ‘Abell2744-QSO1’을 분석했다. 이 천체는 블랙홀을 품은 작은 빨간 점으로 분류된 것이다. 연구팀은 관측을 통해 블랙홀로부터 다양한 거리에서 가스가 얼마나 빠르게 회전하는지를 측정했다. 회전 속도는 중력 가속도의 크기에 대한 정보를 담고 있으며, 이를 바탕으로 연구팀은 Abell2744-QSO1이 품고 있는 블랙홀의 질량이 태양 질량의 5000만 배에 달한다고 추정했다. 반면 이 블랙홀을 감싸고 있는 모(母)은하의 항성 질량은 극히 적어 블랙홀 질량의 절반에도 미치지 못한 것으로 확인됐다. 연구팀에 따르면 이 블랙홀이 아직 형성 초기 단계에 있으며 모은하보다 먼저 만들어지기 시작했을 가능성을 강하게 의미한다. 연구를 이끈 프란체스코 디에우제니오 영국 케임브리지대 박사는 “이번 발견은 일부 블랙홀이 자신이 속한 은하의 별들보다 먼저 형성되고 성장했을 가능성을 시사하며, 블랙홀 진화의 가장 이른 단계에 대한 중요한 단서를 제공한다”며 “이번 연구 결과는 우주 초기 단계의 블랙홀 질량을 직접 측정한 최초의 사례 중 하나지만 추가 연구를 통해 모델과 분석을 더욱 정교하게 다듬는 것이 필요하다”고 밝혔다.

2년 전 크리스마스날 천문학자들과 우주 마니아들은 30년을 기다려온 큰 선물을 받았다. 이는 별과 은하를 탐사하기 위한 세계 최대이자 최고가인 제임스웹 우주망원경(JWST)의 발사였다. 무려 10조 원이 투입된 웹은 기대에 어긋나지 않게 올해도 숨막힐 듯 아름답고, 과학적으로 가치 있는 우주 이미지를 전해왔다. 우주에 대한 우리의 이해를 바꿔놓은 JWST이 2023년 발견한 '12장면'을 정리했다.  1. 제임스웹이 잡아낸 태양계의 새로운 모습들 JWST는 우주 최초의 별과 은하를 보는 것이지만 태양계의 새로운 이미지들도 선사했다. JWST는 지난 10월 폭이 4800㎞가 넘는 목성의 거대한 고속 제트기류가 시속 515㎞로 이동하는 모습을 보여줬다. 지난 6월에는 목성의 얼음 위성 유로파의 염분 액체 바다에서 처음으로 이산화탄소를 확인했다. 또한 가스 행성인 토성의 섬세한 고리 시스템을 비롯해 146개의 달 중 3개를 포착한 이 이미지는 토성에 대한 새로운 시각을 제공했다. NASA에 따르면 JWST의 적외선 눈을 통해 본 토성은 섬뜩할 정도로 어둡다. 이 파장에서 메탄가스가 대기에 떨어지는 햇빛을 거의 모두 흡수하기 때문이다.  또 천왕성의 가장 밝은 위성과 13개의 먼지 고리 중 11개의 이미지도 포착했다.    2.  생명체에 필요한 분자가 풍부한 가까운 외계행성 가설 뒷받침  JWST는 지난 9월 지구에서 120광년 떨어진 차가운 별을 돌고 있는 'K2-18 b'라는 외계행성의 대기에서 메탄과 이산화탄소를 발견했다. 태양계에서 꽤 가까운 이 외계행성은 지구보다 크지만 태양계의 거대 행성보다는 작다.  과거 허블 우주망원경으로 관측할 당시에 K2-18 b는 지각 아래 액체 물로 이루어진 바다가 있으며, 수소가 풍부한 대기가 있는 미니 해왕성급 외계행성인 '하이션(Hycean) 행성'일 수 있는 것으로 나타났다. JWST의 최근 관찰 결과는 풍부한 메탄과 이산화탄소에 대한 증거를 증명했고, 암모니아는 거의 없다는 가설을 뒷받침했다.  캠브리지 대학 천문학자 사바스 콘스탄티노는 "이는 K2-18 b에 대한 단 두 차례의 관측에서 나온 것이며, 앞으로 더 많은 관찰이 진행될 예정"이라면서 "우리의 연구가 웹이 생명체 서식 가능 외계행성에 대한 초기 시연에 불과하다는 것을 의미한다"고 덧붙였다.    3.  지금까지 관측된 최소 천체를 발견 JWST는 지난 2월  화성과 목성 사이의 소행성대에 묻혀 있는 작은 소행성을 예상치 못하게 발견했다.  그 지역에 있는 대부분 천체들은 미국 워싱턴 기념비(높이 169.29m)만 한 우주 암석들로 태양계 형성의 잔재로 추정된다. 이는 태양계 진화에 관한 흥미로운 역사를 간직하고 있다.    4.  원시 우주에서 거대하고 신비한 은하 발견 지난 2월 과학자들은 빅뱅 이후 불과 5억~7억년 후 우주 풍경을 담은 JWST의 우주 이미지에서 우리 은하만큼 거대한 새로운 은하를 발견했다. 기존 이론과 모델에 따르면 JWST가 발견한 은하는 과학자들의 예상치보다 크며, 그 안에 있는 성숙한 붉은 별은 나이가 무척 오래된 항성들이다.  펜 스테이트 대학의 천문학자 조엘 레자는 "이것은 초기 은하 형성의 전체 그림에 의문을 제기한다"고 말했다. 5.  우주의 팽창 속도에 대한 격렬한 논쟁 우주가 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있다는 것을 알려져 있지만 얼마나 빠른지는 정확히 알려지지 않았다. 이는 우주의 팽창률을 추정하는 데 중요한 값인 허블 상수의 정확한 값을 결정하는 것을 뜻하는데, 아직까지 논쟁이 계속되고 있다. 올해 JWST는 세페이드 변광성으로 알려진 종류의 별을 관찰했다. 이 별은 일반적으로 태양보다 약 10만배 더 밝은 별로 우주 거리를 측정하고, 우주의 팽창 속도를 알아내는 데 있어 매우 신뢰할 수 있는 자료다. 그러나 JWST의 새로운 데이터는 논쟁을 해결하기 보다는 허블 상수에 대한 논쟁을 더욱 격화시켰다.  존스홉킨스 대학의 천문학자이자 노벨상 수상자인 아담 리스는 “허블 상수의 값이 어떻게 나오든 상관하지 않는다”면서 "나는 우리가 가진 최고의 도구, 즉 표준 도구가 서로 일치하지 않는 이유를 이해하고 싶다"고 밝혔다.    6. 최초의 초거대 블랙홀 관측 올해 JWST는 천문학자들이 최초의 초거대 블랙홀 중 하나가 출현했다고 생각하는 두 개의 초기 은하에서 별빛을 볼 수 있도록 도왔다. JWST는 우주의 나이가 10억년 미만이었을 때의 은하계를 관찰해 시간이 지남에 따라 블랙홀이 어떻게 태양의 수백만 또는 수십억 배에 달하는 아마무시한 질량을 갖게 되는지를 보여주었다. 7. 원시 은하의 복잡한 유기분자 발견  지난 6월 천문학자들은 JWST가 우주 나이가 현재 나이의 10%에 불과했던 120억년 전 우주에서 지구상의 석유나 석탄 매장지에서 발견된 것과 유사한 탄소 기반 분자를 발견했다고 밝혔다. 우주에서는 이런 분자가 아주 작은 먼지 알갱이와 결합하는데, 지금껏 망원경의 한계로 인해 이를 발견하기 어려웠다. 그러나 텍사스 A&M 대학의 천문학자 저스틴 스필커는 "웹을 사용하면 유기분자를 쉽게 찾을 수 있을 것으로 보인다"고 말했다.    8. 우주 탄생 후 가장 초기의 '메이지 은하' 발견 지난해 여름 JWST는 메이지 은하로 알려진 흐릿한 주황색 덩어리를 촬영했다. 천문학자들은 이것이 지금까지 발견된 가장 초기의 은하 중 하나라고 발표했다. 이 은하는 우주의 나이가 고작 3억 9000만년이었을 때 존재했던 것으로 보이며, 이는 지금까지 발견된 4개 은하 가운데 가장 초기 은하로 추정하고 있다.  지난해 발견된 메이지 은하계는 높은 별 형성률을 가지고 있다. 그것을 발견한 사람의 9살짜리 딸의 이름을 따서 '메이지 은하'라는 이름이 붙었다. 오스틴에 있는 텍사스 대학의 천문학자인 스티븐 핀켈스타인은 "이것은 우리가 JWST로 은하계를 찾아보기 전까지 은하계가 어떻게 형성되었는지, 어떻게 생겼는지 전혀 알 수 없었던 미지의 개척지였다"고 밝혔다. 9. 가장 먼 거리의 초대질량 블랙홀 발견 천문학자들은 지난 7월 JWST가 지금까지 본 것 중 가장 멀리 떨어져 있는 활동성 초대질량 블랙홀을 발견했다고 발표했다. 이 블랙홀의 모은하는 빅뱅 이후 불과 5억 7000만년 후에 형성됐다. 그러나 이 고대 블랙홀은 질량이 태양의 900만 배에 불과할 정도로 매우 작다. 일반적으로 대부분의 블랙홀은 태양 질량의 10억 개가 넘는 무게를 가지고 있다. 연구진은 “우주가 시작된 직후에 그것이 어떻게 형성되었는지 설명하는 것은 여전히 쉽지 않다”고 말했다.    10. 원시 우주의 유령 은하 발견 먼지 구름 깊숙한 곳에 묻혀 있는 흐릿한 은하를 잡은 JWST 이미지는 최근 천문학자들의 관심을 끌었다. 부분적으로는 최초의 별이 나타난 빅뱅 이후 불과 9억 년 후에 나타난 것으로 보이기 때문이다.  텍사스 대학 오스틴 캠퍼스의 천문학자인 제드 맥키니는 "이는 아직 우리가 발견하지 못하고 있는 은하계가 엄청나게 많을 것이라는 사실을 말해주는 것"이라고 말했다.11. 전설적인 3개의 '다크 스타' 발견 천문학자들은 지난 7월 JWST가 그레이트풀 데드의 노래 '다크 스타'에 나온 '어두운 별'로 추정되는 세 개의 밝은 천체를 발견했다고 보고했다. 그 '별들'은 원래 지난해 JWST에 의해 은하로 지정된 것이었다.  텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 물리학 교수인 캐서린 프리스는 “제임스 웹 데이터를 보면 이러한 천체에 대해 두 가지 경쟁 가능성이 있다는 것을 알 수 있다”면서 "하나는 수백만 개의 평범한 종족 III 별을 포함하는 은하계라는 것이고, 다른 하나는 그들이 어두운 별이라는 것이다. 그리고 믿기 어렵지만, 어두운 별 하나가 은하계 전체와 맞먹을 만한 밝기의 빛을 가지고 있다"고 말했다.  천문학자들은 이러한 유형의 별들이 우리 우주 물질의 85%를 구성하지만, 우리 눈에는 보이지 않는 암흑물질에 의해 구동된다고 생각한다. 만약 '어두운 별'이 정말로 존재한다면 그들의 존재는 JWST가 관찰한 것처럼 아주 어린 우주가 어떻게 그렇게 많은 큰 은하들을 생성하도록 성장했는지에 대한 수수께끼를 푸는 데 도움이 될 것이라고 연구자들은 말한다. 12.  우리 은하와 비슷하게 보이는 놀라운 초기 은하들 은하 진화 이론은 우리 우주에서 가장 초기의 은하가 너무 어려서 나선 팔이나 막대 또는 고리와 같은 특징을 만들어내지 못했을 것으로 예측됐다. 천문학자들은 이러한 복잡한 구조가 빅뱅 이후 약 60억년 후에 나타나기 시작했을 것으로 생각해왔다. 그러나 올해 JWST는 이처럼 섬세한 특징을 가진 은하가 빅뱅 이후 37억 년 만에 존재할 수 있다는 사실을 발견했다. 영국 맨체스터 대학 천문학 교수인 크리스토퍼 콘셀리스는 "우리의 관측 결과를 바탕으로 천문학자들은 최초의 은하 형성과 지난 100억 년 동안 은하의 진화가 어떻게 일어났는지에 대한 우리의 이론을 재고해야 할 것"이라고 말했다.

-우주의 진화를 밝혀줄 '단서' 포착 아주 멀리 떨어진 은하단 내에서 한 은하가 초고온의 가스 꼬리를 키우고 있는 광경이 최초로 목격되었다. 이러한 현상은 전례가 없었던 것으로, 은하 내의 극단적인 환경을 연구하는 데 좋은 자료가 될 것으로 보인다고 천문학자들은 밝혔다. 미항공우주국(NASA)의 찬드라 우주망원경이 포착한 X-선 이미지는 이 은하의 꼬리가 우리은하 크기의 2.5배로, 무려 25만 광년에 달하는 것을 보여준다. CGCG254-021 로 불리는 이 은하는 지구에서 7억 광년 떨어진 츠비키 8338 은하단의 깊숙한 곳에 자리잡고 있다. 이 꼬리는 초고온의 성간 가스의 흐름으로, 은하 내의 보다 뜨거운 가스와의 상호작용에 의해 찢겨져나온 것이다. 꼬리를 이루는 가스의 온도는 1천만 도K로 측정된 것에 반해, 츠비키 8338의 은하 내 가스 온도는 그 3배에 이르렀다. 이 같은 꼬리와 은하 간의 온도차는 별을 형성하는 모든 가스가 은하 내에서 고갈되어 버렸음을 시사한다. “은하로부터 이처럼 엄청난 꼬리가 분리되어 나온 것은 은하 내의 가스가 남김없이 빠져나갔다는 것을 말해준다"고 설명하는 토마스 라이프치히 독일 본 대학 교수는 “그 꼬리는 사실상 은하로부터 완전히 분리되었다" 고 밝힌다. 천문학자들은 우리은하 크기의 2배가 넘는 이 손실된 은하 가스는 은하단이 인수하여 별 생성 지역이 될 것으로 보고 있다. 실제로 별들이 형성되는 징후가 약간씩 나타나고 있다고 한다. 꼬리 가스의 다른 특성에 대해서도 연구되었는데, 꼬리의 앞부분(모은하에 가장 근접한 밝은 부분)에 보다 많은 중원소(헬륨보다 무거운 원소)들이 집중되어 있다는 사실도 밝혀졌다. "이 꼬리는 은하단의 역동적인 단면을 보여주는 생생한 본보기로, 은하가 은하단 속을 진행할 때 어떻게 변화하는가를 잘 보여주고 있다"고 게릿 셸렌버거 본 대학 교수가 설명한다. '천문학과 천체물리학' 11월호에 발표된 이 논문의 대표저자인 그는 "꼬리의 물질은 수소뿐 아니라, 중원소들도 포함되어 있는데, 여기서 다음 세대의 별들이 태어날 것이다"고 밝혔다. 은하단은 그 엄청난 질량으로 인해 천문학자들에게 초미의 관심사가 되고 있다. 보통 수백 개의 은하들을 아우르고 있는 은하단은 암흑물질과 시공간에 대해 강력한 중력을 행사하는 거대한 우주의 구조물이다. 암흑물질은 빛과 작용하지 않아 우리 눈에는 보이지 않지만, 우주의 모든 물질 중 무려 85%를 차지한다. 은하단의 깊숙한 내부를 들여다보면 개개의 은하들이 어떻게 진화의 과정을 밟고 있는가를 보다 잘 이해할 수 있게 된다. "은하단이란 너무나 거대한 구조물이기 때문에 우리가 우주의 진화를 이해하는 데 결정적인 단서를 가지고 있다"고 말하는 셸렌버거 교수는 "은하단을 알기 위해서는 그 속의 개별 은하들이 시간에 따라 어떻게 변화하는가 하는 문제를 풀어내야 하는데, 이 X-선 꼬리가 중요한 정보를 제공해 줄 것"이라고 기대감을 나타냈다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

-우주의 진화를 밝혀줄 '단서' 포착 아주 멀리 떨어진 은하단 내에서 한 은하가 초고온의 가스 꼬리를 키우고 있는 광경이 최초로 목격되었다. 이러한 현상은 전례가 없었던 것으로, 은하 내의 극단적인 환경을 연구하는 데 좋은 자료가 될 것으로 보인다고 천문학자들은 밝혔다. 미항공우주국(NASA)의 찬드라 우주망원경이 포착한 X-선 이미지는 이 은하의 꼬리가 우리은하 크기의 2.5배로, 무려 25만 광년에 달하는 것을 보여준다. CGCG254-021 로 불리는 이 은하는 지구에서 7억 광년 떨어진 츠비키 8338 은하단의 깊숙한 곳에 자리잡고 있다. 이 꼬리는 초고온의 성간 가스의 흐름으로, 은하 내의 보다 뜨거운 가스와의 상호작용에 의해 찢겨져나온 것이다. 꼬리를 이루는 가스의 온도는 1천만 도K로 측정된 것에 반해, 츠비키 8338의 은하 내 가스 온도는 그 3배에 이르렀다. 이 같은 꼬리와 은하 간의 온도차는 별을 형성하는 모든 가스가 은하 내에서 고갈되어 버렸음을 시사한다. “은하로부터 이처럼 엄청난 꼬리가 분리되어 나온 것은 은하 내의 가스가 남김없이 빠져나갔다는 것을 말해준다"고 설명하는 토마스 라이프치히 독일 본 대학 교수는 “그 꼬리는 사실상 은하로부터 완전히 분리되었다" 고 밝힌다. 천문학자들은 우리은하 크기의 2배가 넘는 이 손실된 은하 가스는 은하단이 인수하여 별 생성 지역이 될 것으로 보고 있다. 실제로 별들이 형성되는 징후가 약간씩 나타나고 있다고 한다. 꼬리 가스의 다른 특성에 대해서도 연구되었는데, 꼬리의 앞부분(모은하에 가장 근접한 밝은 부분)에 보다 많은 중원소(헬륨보다 무거운 원소)들이 집중되어 있다는 사실도 밝혀졌다. "이 꼬리는 은하단의 역동적인 단면을 보여주는 생생한 본보기로, 은하가 은하단 속을 진행할 때 어떻게 변화하는가를 잘 보여주고 있다"고 게릿 셸렌버거 본 대학 교수가 설명한다. '천문학과 천체물리학' 11월호에 발표된 이 논문의 대표저자인 그는 "꼬리의 물질은 수소뿐 아니라, 중원소들도 포함되어 있는데, 여기서 다음 세대의 별들이 태어날 것이다"고 밝혔다. 은하단은 그 엄청난 질량으로 인해 천문학자들에게 초미의 관심사가 되고 있다. 보통 수백 개의 은하들을 아우르고 있는 은하단은 암흑물질과 시공간에 대해 강력한 중력을 행사하는 거대한 우주의 구조물이다. 암흑물질은 빛과 작용하지 않아 우리 눈에는 보이지 않지만, 우주의 모든 물질 중 무려 85%를 차지한다. 은하단의 깊숙한 내부를 들여다보면 개개의 은하들이 어떻게 진화의 과정을 밟고 있는가를 보다 잘 이해할 수 있게 된다. "은하단이란 너무나 거대한 구조물이기 때문에 우리가 우주의 진화를 이해하는 데 결정적인 단서를 가지고 있다"고 말하는 셸렌버거 교수는 "은하단을 알기 위해서는 그 속의 개별 은하들이 시간에 따라 어떻게 변화하는가 하는 문제를 풀어내야 하는데, 이 X-선 꼬리가 중요한 정보를 제공해 줄 것"이라고 기대감을 나타냈다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

두 은하의 극적인 충돌 현장을 잡은 이미지가 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)의 웹사이트인 '오늘의 천문사진(APOD)'에 발표되었다. 블랙박스에 잡힌 차량충돌은 순간적인 사건이지만, 이 우주의 충돌은 조금 다르다. 무려 1억년 동안 진행되고 있는 충돌인 것이다. 드넓은 우주에서 은하들이 충돌하는 일은 별로 없을 거라고 생각하기 쉽지만, 은하들이 집단을 이루며 분포하고 있어서 이러한 충돌은 심심찮게 일어난다. 한 가지 특이한 점은, 은하가 서로 충돌하면 은하들의 중력장이 뒤틀어지고 은하들의 모습은 희한한 형태로 바뀌기는 하지만, 두 은하 속의 별들이 서로 충돌하는 일은 거의 없다. 별들 사이의 거리가 보통 몇 광년이나 되어 충돌할 확률이 아주 낮은 때문이다. 동해바다에서 미더덕 두 마리가 충돌할 확률과 비슷하다. 그러니까 두 은하의 별들은 서로 유령처럼 통과하는 셈이다. 위의 이미지를 보면 거대한 타원은하 NGC 1316이 바로 위에 있는 이웃 꼬맹이 나선은하 NGC 1317을 집어삼키고 있는 중이다. 그 증거는 나선은하의 특징인 어두운 먼지 대역, 그리고 위의 심층 광역 사진에 보이는 희미한 별들과 가스로 이루어진 소용돌이와 외곽 껍질이다. 일반적으로 타원은하는 오래된 별들로 이루어져 성간 먼지를 포함하는 먼지 띠가 보이지 않는다. NGC 1316의 이러한 현상들을 밝혀낼 때 천문학자들은 탐정을 뺨치는 놀라운 추리력을 발휘하지만, 그래도 그들이 아직까지 속시원히 설명하지 못하는 한 가지 현상이 위의 이미지에 포함되어 있다. 바로 사진에 희미한 점으로 보이는, 이상할이만큼 작은 구상성단들의 존재이다. 대부분의 타원은하들은 NGC 1316보다 밝은 구상성단들을 훨씬 더 많이 품고 있다. 그런데 관측된 구상성단들은 최근의 나선 충돌에 의해 만들어지기에는 너무 나이를 먹은 것으로 밝혀졌다. 천문학자들은 머리를 짜낸 끝에 한 가지 가설을 내놓았는데, 이 구상성단들은 NGC 1316과 합쳐지기 이전의 모은하에 있었던 것이라는 이론이다. 화학로자리 A라고 불리기도 하는 이 타원은하의 또다른 놀라운 특성은 라디오파로 밝게 빛나는 거대한 가스 돌출부이다. 말하자면 NGC 1316은 전파 은하로, 전 하늘에서 4번째로 강한 전파를 방출하는 전파원이기도 하다. 지구로부터 7000만 광년 거리에 있다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

지구로부터 아주 먼거리에 있는 은하 속 ‘괴물 블랙홀’의 무게를 천문학자들이 알마 전파망원경의 도움으로 측정하는 데 성공했다고 미국과 일본의 천문학자들이 밝혔다. 이런 거대 블랙홀의 질량은 은하와 블랙홀의 진화 관계를 밝히는 데 매우 중요한 정보가 된다. 많은 은하 중심에는 거대한 블랙홀이 존재하는 것으로 여겨진다. 천문학자들은 우리 태양의 수백만 배에서 수백억 배에 달하는 것을 ‘초거대질량 블랙홀’이라고 부른다. 이런 블랙홀의 질량과 이를 포함한 은하(모은하) 중심(팽대부)의 질량 혹은 밝기 사이에는 상호관계가 있는 것으로 알려졌는데 은하의 성장과 발전에는 이런 거대한 블랙홀이 크게 영향을 주고 있는 것으로 시사된다. 즉 이런 관계를 확인하기 위해서는 초거대질량 블랙홀의 질량을 구하는 것이 중요하다. 블랙홀의 중력 영향을 받는 천체의 움직임을 측정하면 질량을 추정할 수 있지만, 고해상도 측정이 필요해 블랙홀 중력 이외의 영향을 고려해야 해 계산이 쉽지 않다고 한다. 천문학자들은 화로자리 방향으로 약 5200만 광년 거리에 있는 막대나선은하 NGC 1097을 알마 전파망원경으로 관측한 데이터를 이용해 이 은하 중심에 있는 초거대질량 블랙홀의 질량을 계산하는 데 도전했다. 이들이 사용한 방법은 은하 중심 부근 분자가스의 분포와 운동 모습을 전파 관측으로 정밀하게 측정하는 것이다. 분자가스는 주위의 영향을 받기 어려우므로 움직임을 측정하기 쉽고 블랙홀의 질량을 구하는 데 효과적이라고 한다. 이런 관측결과를 바탕으로 천문학자들은 천체모델을 만들고 분자가스의 움직임을 재현하기 위해 조건을 조사했다. 그 결과, NGC 1097의 중심부에 있는 초거대질량 블랙홀의 질량은 태양의 약 1억 4000만 배인 것으로 확인됐다. 연구에 참여한 미국 국립전파천문대의 카틱 쉬스 박사는 이런 막대나선은하를 비롯해 나선은하와 같은 만기형 은하에 대해 이런 방법으로 초거대질량 블랙홀의 질량을 측정한 사례는 이번이 처음이라고 설명했다. 연구를 이끈 일본 소고켄큐대학원대학의 오오니시 쿄코 연구원은 “알마 망원경은 단 2시간 정도 관측으로 은하 중심부 가스의 운동 데이터를 얻을 수 있었다”면서도 “은하 중심 블랙홀의 관계를 밝히기에는 다양한 형태의 많은 은하로부터 블랙홀 질량을 구할 필요가 있지만 알마 망원경을 사용하면 현실적인 시간에 많은 은하 관측을 수행할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘천체물리학 저널’(Astrophysical Journal) 19일 자에 게재됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr