10년 뒤 지구를 스쳐지나갈 것으로 예측되는 커다란 소행성 하나를 이미 과학자들은 주시하고 있는 것으로 전해졌다. 2일(이하 현지시간) 미국 CNN 등 외신에 따르면, 과학자들은 지난달 30일 오후 미국 워싱턴DC 근교 메릴랜드대(칼리지파크)에서 개최 중인 행성방위회의에서 오는 2029년 4월 13일 지구에 최대로 접근하는 ‘99942 아포피스’(이하 아포피스)라는 이름을 지닌 한 소행성을 관측해서 어떻게 과학적으로 활용할지 논의했다. 지금으로부터 6년 전인 2013년 1월, 지구 옆 약 145만㎞까지 접근한 아포피스는 2004년 발견됐다. 당시 천문학자들은 이 소행성이 오는2029년 지구와 충돌할 확률이 2.7%에 이른다고 발표해 많은 이들의 관심을 끌었다.이후 천문학자들은 아포피스에 관한 연구를 거듭해 지름 340m로 추정되는 이 소행성이 2029년 지구 옆 3만1000㎞까지 접근한다는 예측 결과를 내놨다. 이는 현재 지구 주위를 공전하는 일부 인공위성 만큼 가까운 것이지만, 궤도상 충돌 확률은 현재 10만 분의 1 미만으로 사실상 없는 것이나 다름없다. 그렇지만 이렇게까지 가까이 다가오는 대부분의 소행성보다 훨씬 더 큰 아포피스의 대접근은 지구위협소행성을 자세히 연구할 특별한 기회를 줄 것이라고 NASA는 말한다. 이날 아포피스를 주제로 열린 제3차 본회의에서 주최자를 맡은 NASA 제트추진연구소(JPL)의 레이더 학자 마리나 브로조비치 박사는 앞서 NASA 홈페이지를 통해 공개된 소식지를 통해 “2029년 아포피스 대접근은 과학에 놀라운 기회가 될 것”이라고 말했다. 또 브로조비치 박사는 “우리는 광학망원경과 레이더망원경으로 아포피스를 관측할 것”이라면서 “레이더망원경 관측으로 우리는 소행성의 표면을 자세히 들여다 볼 수 있을 것”이라고 말했다. NASA에 따르면, 아포피스는 10년 뒤 이날 오후 6시 직전(이하 미국 동부 표준시) 대서양에서 가장 가까운 곳을 지날 것이다. 하지만 이 소행성은 이 시점보다 몇 시간 전부터 하늘에서 볼 수 있을 것이다. 아포피스는 남반구 밤하늘에서 처음 목격할 수 있는데 호주 동부 해안에 있는 관측자들에게 ‘첫 인사’를 건넬 것이다. 그 후 정오 세네시간 정도까지 적도 부근에 도달하기 위해 서쪽으로 이동하다가 오후 7시쯤 북아메리카대륙 상공을 지날 것이다. 이번에 아포피스가 지구에 충돌할 가능성은 거의 없지만, 이 대접근은 아포피스에 어떤 영향을 미칠 것이다. 이에 대해 브로조비치 박사와 함께 회의 주최를 맡은 JPL 근지구천체센터(CNEOS)의 천문학자 다비드 파노키아 박사는 “이미 우리는 아포피스가 지구와 가까워진 영향으로 궤도가 변하리라는 것을 알지만, 예측 모형은 소행성의 회전 방식을 바꿀 수 있고 그 표면에 작은 눈사태와 같은 변화가 있을 수 있다는 것을 보여준다”고 설명했다.또한 근지구천체센터(CNEOS)의 폴 초디스 센터장은 “아포피스는 지금까지 알려진 지구위협소행성(PHA) 약 2000개 가운데 하나”라면서 “2029년 근접 비행하는 아포피스를 관측함으로써 우리는 언젠가 행성 방위를 위해 사용할 중요한 과학적 지식을 얻을 것”이라고 말했다. 한편 아포피스의 이름은 고대 이집트 신화에 나오는 태양 신 라(La)의 숙적으로 혼돈과 어둠을 상징하는 뱀의 모습을 한 악의 신 아펩의 이름으로 영어식으로 따온 것으로 알려졌다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

블랙홀에서 격렬하게 요동치며 뿜어져나오는 입자의 제트 흐름이 발견되었다. 이같이 빠른 속도로 요동치는 제트는 블랙홀의 강한 중력이 주변의 공간을 크게 왜곡하고 있기 때문이라고 천문학자들은 해석하고 있다. 백조자리 V404(V404 Cygni)라는 이름의 블랙홀은 지구에서 약 8000 광년 떨어진 곳에 위치해 있으며, 블랙홀 치고는 비교적 작은 크기로 태양의 9배에 불과하다. 쌍성계를 이루고 있는 이 블랙홀은 서로의 둘레를 공전하는 태양과 같은 동반성으로부터 물질을 빨아들이고 있는데, 블랙홀로 빨려들어가는 물질은 블랙홀 주위에 강착원반을 형성한다.　​ 블랙홀에 떨어지는 입자 중 일부는 분출하는 제트를 통해 외부로 빠져나간다. 이 제트는 블랙홀의 회전축에서 빛의 속도의 절반에 해당하는 강력한 플라즈마의 빔을 형성한다. 천문학자들은 이전에도 블랙홀 제트를 관측한 적이 있지만, 백조자리 V404의 것처럼 단 몇 분 만에 빠르게 요동치는 제트를 본 것은 이번이 처음이다. 밀러-존스와 그 동료들은 미국립과학재단(NSF)이 운영하는 초장기선 전파망원경배열인 VLBA(Very Long Baseline Array)를 사용하여 백조자리 V404를 관측했다. 1938년 밝은 빛을 발산한 이후 관측 대상이 되어온 이 블랙홀은 2015년에 발생한 최근의 폭발로 블랙홀에 대한 새로운 관심을 불러일으켰고, 그때 밀러-존스 팀이 본 연구에 위한 관측을 시작했다.연구원들이 블랙홀을 처음 관찰하고 VLBA 데이터의 이미지를 결합했을 때, 제트는 “빠르게 변하고 있었기 때문에 4시간짜리 이미지에서도 단지 흐릿한 얼룩만을 보았을 뿐”이라고 연구에 참여한 알렉스 테타렌코 하와이 동아시아 천문대원이 밝혔다.​ 천문학자들은 일반적으로 블랙홀을 관찰하기 위해 장시간 노출을 사용하지만, 이번에는 V404의 제트를 명확하게 볼 수 있도록 전략을 수정해야 했다. 그들은 70초 노출로 100개 이상의 이미지를 잡아서 애니메이션으로 결합했다. 공동저자로 이 연구에 참여한 그레그 시바코프 앨버타 대학 천문학자는 “이 천문학적인 발견은 블랙홀과 은하들이 어떻게 형성되었는가 하는 문제에 대해 우리의 이해를 심화시켰으며, 우리가 어떻게 존재하게 되었는가 하는 큰 질문에 대해 많은 시사를 던져주고 있다”고 밝혔다. 블랙홀 제트의 격렬한 춤은 앨버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 설명될 수 있다고 천문학자들은 믿고 있다. 이 이론에 의하면, 거대한 질량체는 주변의 시공간을 왜곡하는 것을 보인다. “거대 질량체가 회전할 때, 그 중력 영향은 공간과 시간을 그 주위로 끌어당기는데, 이것이 좌표계 이끌림(frame-dragging)이라 불리는 효과”라고 국립전파천문대(NRAO) 관계자는 설명한다. 입자가 블랙홀 쪽으로 빨려들어감에 따라 강착원반은 중심에 더 밀집되고 더 뜨거워진다. 원반의 중앙에는 복사 압력으로 ‘부풀어오른’ 고밀도의 도넛형 반지가 형성된다. 강착원반의 지름은 약 1000만km인 반면, 도넛은 겨우 수천km에 불과하다. 이곳이 바로 엄청난 중력에 의해 왜곡된 공간이다. 블랙홀의 스핀 축이 블랙홀의 공전면과 어긋남으로 인해 좌표계 이끌림 현상이 발생하는 것으로 보인다. NRAO 관계자는 “프레임 드래그 효과가 디스크 안쪽 부분을 휘게 만든 다음 뒤틀린 부분을 뒤쪽으로 끌어당기게 된다”면서 “제트가 내부 디스크나 블랙홀에서 발생하기 때문에 제트 방향이 바뀌어 VLBA에서 관찰된 제트 요동이 나타나는 것”이라고 설명했다. 밀러-존스 대표저자는 “아인슈타인의 일반인 상대성 이론에 의해 제트 요동이 유발된다”면서 “이 현상이 느려지면서 회전하는 꼭대기가 요동하는 것이라고 생각할 수 있다”고 밝혔다. 이처럼 백조자리 V404 제트의 격렬한 요동에 대해서는 설명할 수 있지만 아직 그 제트가 어디에서 유래되었는지는 정확히 파악하지 못하고 있다. 다른 블랙홀의 제트 역시 마찬가지다. 과학자들은 제트가 블랙홀의 강착원반 안쪽 부분이나 블랙홀 자체에서 유래할 것이라고 예측하고 있다. 그러나 제트의 기원에 관계없이 이 새 연구는 내부 강착원반의 흔들림이 “제트를 직접 분출하거나 방향을 바꾸는 데 역할을 할 수 있을 것”이라고 제안했다. 논문은 4월 20일자(현지시간) ‘네이처’ 지에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

수많은 우주의 '보석'이 촘촘히 박혀있는 환상적인 천체사진이 공개됐다. 지난 26일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경의 탐사용 고성능카메라(ACS)가 포착한 아름다운 성단의 모습을 사진으로 공개했다. 셀 수 없이 수많은 별들이 빽빽이 모여있는 이곳은 지구에서 약 6만 7000광년 떨어진 궁수자리에 위치한 '메시에 75'(혹은 NGC 6864)다. 지난 1780년 프랑스 천문학자 피에르 메셍이 처음 발견했으며 친구인 샤를 메시에가 자신의 천체목록에 수록해 메시에 75가 됐다. 우리은하에 속해있는 메시에 75는 40만 개 이상의 별들이 마치 공처럼 모여있어 구상성단(球狀星團·globular cluster)으로 분류된다. 특히나 사진에서 보여지듯 별들이 중력으로 촘촘히 모여있어 메시에 75는 '인구' 밀도가 가장 높은 성단 중 하나다. 메시에 75의 나이는 약 130억년, 지름은 134광년 그리고 밝기는 우리 태양의 18만배 정도다. 　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난달 29일(이하 현지시간) 남아프리카공화국(이하 남아공) 등 아프리카 대륙에 있는 몇몇 국가에서는 지구의 달과 토성이 밤하늘에서 데이트를 즐기는 모습을 볼 수 있었다. 지구에서 봤을 때 서로 멀리 떨어져 있는 두 천체가 서로 닿을 듯 말 듯 완벽하게 나란히 선 것처럼 보이는 이 천문 현상을 이른바 ‘합’(合·conjunction)이라고 하며 비교적 흔한 일어나지만 좀처럼 촬영하기는 쉽지 않다고 알려졌다. 그런데 이날 남아공 천체사진가 그랜트 피터슨은 자신의 스마트폰을 천체망원경에 달아 이 같은 천문 현상을 촬영하는 데 성공했다고 비즈니스인사이더 등 외신이 24일 보도했다. 보도에 따르면, 피터슨은 남아공 요하네스버그에서 이 멋진 사진을 찍은 뒤 자신의 트위터에 공개했다. 그리고 “정말 멋졌다”면서 “미소가 멈추지 않는다”고 말했다. 사진은 동이 트기 전 달의 뒤쪽으로 토성이 숨기 직전의 모습을 보여준다. 피터슨은 여러 천체사진가와 마찬가지로 자신이 촬영할 수 잇는 장소에서 다음에 일어날 대형 천문 이벤트를 끊임없이 찾는다. 이런 이벤트는 혜성이나 소행성 또는 국제우주정거장(ISS)이 대상이 될 때도 있다. 또한 다음 이벤트를 확인하기 위해 그는 다양한 천문 애플리케이션과 다이어리를 이용한다. 이번 토성과 달의 합은 지난 1월부터 촬영 계획을 짰다는 것이다. 그는 “이번 이벤트가 시작될 때까지 흥분과 불안감이 교차했다”면서 “왜냐하면 전날 밤까지 요하네스버그에 비가 왔기 때문”이라고 말했다. 하지만 합이 시작될 무렵 흐렸던 밤하늘이 맑아졌다는 것이다. 이어 “이처럼 모든 것이 계획대로 돼고 기상 악화나 장비 고장, 또는 내 실수와 같은 문제마저 일어나지 않고 촬영에 성공하면 엄청난 성취감을 느낄 수 있다”고 덧붙였다.그는 이번 이벤트가 일어나기 약 2시간 전인 새벽 4시에 잠에서 깨 촬영 장비를 준비하고 테스트 촬영까지 마쳤다. 특히 그의 촬영 장비는 비교적 저렴하지만 크고 강력한 8인치 돕슨식 망원경과 갤럭시 S8 스마트폰, 이를 결합하는 어댑터 그리고 접안렌즈로 구성돼 있다. 토성이 달에 접근했을 때 그는 초당 60프레임으로 촬영을 진행했다. 그 뒤, 스태킹(stacking)으로 불리는 합성 기술로 이미지를 처리했다. 다수의 저화질 이미지를 합성해 더욱더 밝고 명확한 사진으로 만드는 것이었다. 이어 가장 좋은 사진을 트위터에 올렸다고 그는 설명했다. 이에 대해 그는 “마치 어린 시절 크리스마스를 맞이한 기분이었다”고 말했다. 그의 게시물에는 “아폴로 임무 당시 촬영된 지구돋이를 떠올린다” 등 호평이 이어졌다.또한 그는 이날 달의 전체 모습과 토성을 비교한 사진도 촬영했다. 해당 사진은 달과 크기 비교를 통해 토성이 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 보여준다. 참고로 토성은 지구에서 약 12억7700만㎞ 떨어져 있다. 이제 그는 다음번 대형 천문 이벤트를 노린다. 그는 “오는 11월 11일 수성이 태양 앞을 지날 것”이라고 설명하면서도 “벌써 기다려진다”며 기대감을 드러냈다. 사진=그랜트 피터슨/트위터 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우주가 예상보다 약 9% 더 빠르게 팽창하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 25일(현지시간) CNN 등에 따르면, 애덤 리스 존스홉킨스대 교수(물리·천문학)가 이끄는 연구팀이 허블 우주망원경의 새로운 관측자료를 분석해 이런 결과를 발표했다. ‘슈즈’(SH0ES·Supernovae, H0, for the Equation of State)로 불리는 이 연구팀은 허블 망원경을 통해 이웃 대마젤란은하(LMC)의 항성 70개에서 나오는 ‘빛’을 측정했다. 이들 별은 케페우스자리 델타별과 같은 변광 형태를 보여 이른바 케페이드변광성으로 불리는 맥동변광성으로, 밝기가 규칙적으로 변해 별이나 별이 속한 은하까지의 거리를 구할 수 있다. 이런 측정 방식은 우주 팽창 속도를 나타내는 허블상수(H0)를 구하는 데도 도움이 된다. 또한 연구팀은 관측자료를 칠레와 미국 그리고 유럽 연구팀의 공동 프로젝트 ‘아라우카리아’를 통해 수집한 자료와 하나로 묶어 분석했다. 이를 통해 이들 별의 진정한 밝기 변화를 알아낼 수 있었고 좀 더 정확한 우주 팽창 속도를 구할 수 있었다는 것이다. 물론 연구팀이 구한 새로운 허블상수 역시 가속팽창 우주론과 정확히 일치하지 않는다. 하지만 연구팀은 이번 연구로 이런 차이가 우연일 가능성을 3000분의 1에서 10만 분의 1로 줄였다고 말했다. 특히 이번 관측 결과는 지금까지 가장 적은 불확실도(1.9%)를 지닌다. 하지만 연구팀은 앞으로도 연구를 계속해 불확실도를 1%까지 줄일 계획이다. 이전까지 가장 정확한 허블상수는 2013년 유럽우주국(ESA)의 플랑크 위성을 통해 구한 것이었다. 자세한 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘천체물리학저널’(ApJ·Astrophysical Journal) 최신호에 게재된다.사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

# 빨간 마후라(Red Muffler), 故 김영환 장군 1951년 최초로 착용 ‘전투 조종사의 상징인 `빨간 마후라'는 고 김영환(金英煥) 장군이 1951년 10월 강릉기지 비행단장(대령) 시절 최초로 착용했다. 김대령은 부관을 시켜 강릉시장에서 `빨간 인조견'을 사오도록 해 조종사 숫자대로 재단, 출격하는 조종사들의 목에 직접 둘러줬다.’ <국방일보, 2013년 1월 4일 기사 중에서>공군 조종사들이 느끼는 가장 가슴 벅찬 순간은 언제일까? 바로 빨간 마후라(Red Muffler)를 목에 처음으로 감을 때라 한다. 사실 `마후라(マフラ?)`라는 단어는 머플러(muffler)의 일본식 표현이어서 엄밀히 ‘머플러’ 혹은 ‘스카프’라고 부르는 것이 맞겠지만 조종사들이 그동안 불러온 관행에 따라 ‘마후라’라고 계속 부른다고 한다.공군사관학교에 입교 후 비행교육훈련 중에서 실습과정을 마치면 청색 마후라, 기본과정을 끝내면 보라색 마후라, 그리고 마지막으로 최종고등과정까지 다 마친 후에는 공군참모총장이 직접 신임 조종사에게 조종사 신분을 뜻하는 ‘파일럿 윙(Pilot Wing)'을 달아주면서 빨간 마후라도 메어준다. 진짜 대한민국 공군 조종사가 탄생하는 순간이다. 한국 독립군 공군의 시간부터 지금까지 대한민국 공군이 메어온 '빨간 마후라'의 역사가 남아있는 청주의 공군박물관이다. # 공군박물관은 공군사관학교 내부에, 1919년 대한 독립군 공군이 처음 결성청주에 위치한 공군박물관은 공군사관학교 안에 있다. 이곳에는 우리나라 공군의 시초인 한국 독립군 공군이 1919년 미 북가주지역에서 처음 결성된 당시의 자료와 더불어 현재까지 대한민국 공군에 관한 역사 자료들을 시간별로 잘 나누어 전시하고 있다.우리나라의 공군의 역사는 생각보다 꽤나 오래되었다. 1920년 2월 임시정부 국무총장 노백린 장군이 주축이 되어 미국의 캘리포니아의 윌로우스에 비행사 양성소(Korea Aviation Club)를 설립, SJ-1를 훈련기로 최초 한인 조종사 6명을 배출하였다. 이후 40여 명의 조종 훈련생을 양성하였고 이들은 후일 중국 등지에서 항일 독립 운동을 위해 목숨을 바쳤다. 광복 이후 대한민국 공군은 비약적인 발전을 하게 되는 데 공군박물관에는 바로 이런 자랑스러운 대한민국 공군, 그리고 공군사관학교의 역사를 잘 품고 있다.공군박물관에는 근대문화유산으로 지정되어 있는 공군 최초 초등훈련기인 ‘부활호’를 비롯하여, L-4 연락기 등 각종 실제 항공기들과 군사문화유산 8,000여점이 소장 전시중이다. 특히 야외전시장에는 교과서에서나 볼 수 있는 우리나라 초기 공군의 전투기와 수송기들이 실물 그대로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 성무공원에서는 ‘나이키 유도탄’을 비롯하여 귀한 공군 전략 무기 자산도 확인할 수 있다. 또한 천문대에서는 직접 망원경을 통하여 태양의 흑점을 관찰할 수도 있어 가족 단위 방문객들에게는 인상 깊은 박물관 견학 체험을 남겨 준다. <공군박물관에 대한 방문 10문답> 1. 꼭 가봐야 할 정도로 추천하는 방문지야? - 반드시 시간을 내어서라도 견학하기를 권한다. 진짜가 무엇인지 알 수 있다. 2. 누구와 함께? - 어린 자녀들과 함께. 군인 혹은 조종사의 꿈을 품는 청소년이 있는 가정이라면 3. 가는 방법은? - 미리 견학신청을 해야 한다. 당연히 무료. 휴관일은 매주 수요일 / 정훈공보실 또는 공군사관학교 인터넷 사전 예약 4. 놀라는 점은? - 그냥 다 놀란다. 체계적인 방문 프로그램이 훌륭하다. 5. 명성과 내실 관계는? - 생각보다 관람객들이 많지는 않다. 6. 꼭 봐야할 장소는? - 천문대, 야외항공전시장, 매점 7. 관람시 주의사항은? - 군사 시설이어서 통솔자의 안내를 따라야 한다. 8. 홈페이지 주소는? - http://www.afa.ac.kr:8081/user/indexMain.action?handle=1&siteId=museum 9. 주변에 더 볼거리는? - 청주 국립 박물관, 청주 고인쇄박물관 10. 총평 및 당부사항 - 필자가 손꼽는 우리나라 3대 박물관. 전시품도 훌륭하지만 견학 프로그램 자체가 뛰어나다. 특히 천문대에서 태양계에 대한 민간 해설사의 설명과 아울러 망원경으로 체험하는 태양 흑점 관찰은 인생 경험이 될 수도 있다. 꼭 가 보길 권유한다. 글·사진 윤경민 여행전문 프리랜서 기자 vieniame2017@gmail.com

오로라는 대자연의 아름다운 풍경 중 하나일 수 있지만, 이를 만드는 태양폭풍은 지구상 모든 전자기기를 망가뜨릴 수 있는 야수가 될 수 있다고 한 천체사진가가 말했다. 미국항공우주국(NASA)이 운영하는 21일자 ‘오늘의 천문사진’(APOD) 게시물에 따르면, 스페인 천체사진가 후안 카를로스 카사도는 자신이 2016년 아이슬란드 싱그바들라호에서 촬영한 오로라 사진에 관한 설명에서 이같이 밝혔다. 스페인 카나리아 천문연구소(IAC)의 로봇망원경 프로젝트 ‘타드’(TAD)에 참여하고 있으며 전세계 유명 천체사진가 모임 ‘지구의 밤’(TWAN)의 회원이기도 한 그는 오로라의 원인이 되는 태양폭풍은 보통 해가 없지만, 지구를 강하게 때릴 만큼 강력한 태양폭풍은 재앙적인 영향을 미칠 수 있다고 설명했다. 실제로 지난 1859년 지구 전역에서는 오로라가 관측됐다. 이는 당시 발생한 사상 최대 태양폭풍이 지구의 자기장을 매우 강하게 때리면서 일으킨 것이었다. 이는 유럽과 북미 전역에 있는 전신망을 마비시킨 사상 초유의 사태였다. 오로라는 발생하는 지역에 따라 북극광이나 남극광으로 불리는 데 태양폭풍을 타고 불어오는 하전입자들이 지구의 자기장을 깨뜨릴 때 발생한다. 일단 이들 입자가 대기권으로 들어오면 기체와의 충돌로 열이 발생해 빛을 방출하는 것이다. 이에 대해 카사도는 “미녀를 찬양하되 야수를 두려워하라”고 말했다. 여기서 미녀는 밤하늘에 펼쳐진 오로라를 말하며 야수는 이런 오로라를 만들어내는 하전입자 물결로 이는 어쩌면 인류 문명에 해를 끼칠 수 있다고 그는 덧붙였다. 사진=후안 카를로스 카사도/TWAN/StarryEarth 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

과학의 달인 4월에는 과학 관련 행사가 곳곳에서 펼쳐진다. 필자도 얼마 전 국립부산과학관에서 ‘천문학자와의 만남’을 가졌다. 주로 초등학교 이하 어린이와 부모가 참여했다. “달이 없으면 어떻게 돼요”, “별은 얼마나 멀어요”, “블랙홀에 들어가면 어떻게 돼요” 등 질문이 쏟아졌지만 절반 이상이 블랙홀 관련 내용이었다. 어린이들 질문에는 어떻게 쉽게 설명할 것인지가 가장 큰 문제다. 다섯 살쯤 돼 보이는 아이가 초롱초롱한 눈망울로 “우주는 어떻게 생겼어요”라고 물었다. 난감했다. “혹시 ‘억’이 뭔지 아니”라며 시간을 끌어 봤지만 당연히 “아니요”란 답이 돌아왔다. 킬로미터 같은 단위도 물론 모른다. 오래전 초등학교를 들어가기 전인 조카와의 기억이 떠올랐다. 우리는 지구에 살고, 지구는 태양 주위를 돌고 있고, 태양은 우리 은하의 1000억 개가 넘는 별 중 하나이며, 우리 은하와 같은 것이 우주에는 1000억 개 이상 모여 있다고 말할 때 조카의 멍한 표정에서 내 설명이 잘못됐음을 직감했다. 이해는 못 했지만 나중에 “지구가 태양 주위를 돌고 있대”라는 조카의 이야기를 듣고 꼭 이해가 필요한 것만은 아니라는 걸 느꼈다. 똑같은 답을 하기에는 아이가 더 어렸다. 우리가 바라보는 밤하늘이 우주다. 우리가 살아가는 공간이 우주다. 하늘에 떠 있는 달과 별과 은하가 있는 거대한 공간이 우주다. 그런데 다섯 살 아이가 공간이란 뜻을 알까. 무엇이든 물어보라고 해 놓고 한참을 얘기했지만 결국 아이가 원하는 답을 주지 못한 듯했다. 천문학은 어린아이에게 이해시키기가 참 어렵다. 망원경으로 달이나 토성을 한 번 보여주는 것 이상 좋은 게 없을 것이다. 공룡을 가장 많이 아는 나이가 다섯 살 무렵이며 그다음으로 고생물학 전공자가 조금 알고 자녀가 다섯 살인 부모가 아이보다는 못해도 거의 그 수준까지 안다는 재미난 그래프를 SNS에서 보았다. 천문학은 다섯 살 아이가 이해하기는 어렵지만 커가면서 더 많이 알아간다. 그래서 나는 다섯 살 아이보다는 아이가 천문학에 관한 호기심을 잃지 않도록 도와줄 부모에게 천문학 이야기를 더 많이 하려고 노력한다. 블랙홀에 관심을 갖기 시작한 다섯 살 아이의 부모라면 내 이야기에 더 관심을 가질 것이다. 그래도 여전히 다섯 살 아이에게 우주를 제대로 설명하지 못한 게 마음에 걸린다.

우주전문 사이트 스페이스닷컴이 ‘금주의 놀라운 우주사진’으로 선정한 태양의 플라스마 사진이 우주 마니아들의 관심을 끌고 있다. 지구 수십 배 규모의 거대한 태양 자기장 고리를 타고 용솟음치는 플라스마가 마치 비처럼 태양 표면으로 쏟아지는 광경은 천체 사진 중 가장 압도적인 장면으로 선정되기에 모자람이 없다. 자기장 고리를 타고 플라스마가 팽창할 때 태양 외층에서 만들어지는 플라스마 비는 열원에서 멀어지면 냉각되어 중력에 의해 다시 태양 표면 쪽으로 내려간다. 이러한 플라스마의 움직임이 태양 대기인 코로나에서 만들어내는 크고 밝은 불기둥을 태양홍염(太陽紅焰) 또는 프로미넌스(prominence)라고 한다. 코로나가 플라스마라는 극도로 뜨거운 이온 가스로 구성되어 있는 반면, 태양홍염은 채층의 구성과 비슷한 상대적으로 훨씬 차가운 플라스마로 이루어져 있다. 태양홍염은 하루 정도에 구성되며, 코로나 내부에서 몇 주간 지속된다. 천문학자들은 이 ‘플라스마 비’가 태양 표면보다 태양 코로나가 수백 배나 더 뜨거운 이유를 알려줄지도 모른다는 생각을 하고 있다. 미 항공우주국(NASA)의 설명에 따르면, 최근 관측에서 이전에는 간과되었던 작은 자기장 고리에서 내리는 코로나 비가 발견되었다. 이 비는 태양의 외부 대기(코로나)에서 태양 표면으로 떨어지는 뜨거운 플라스마 방울로 구성된 것이다. NASA의 태양활동관측위성인 SDO(Solar Dynamics Observatory)에 장착된 고해상도 망원경을 사용하여 수집된 이 새로운 데이터는 코로나 비가 지구상의 비와 비슷한 움직임을 보여주는 것으로 나타났다. 물론 지구상의 비와는 달리 태양의 플라스마 비는 온도가 수백만 도에 달한다. 또한 하전된 가스인 플라스마는 지구상에 물처럼 한곳에 모이지 않는다. 그 대신 플라스마는 태양 표면으로부터 분출되는 자기장 선이나 고리를 따라 움직인다. 또한 연구진은 자기장 고리가 태양 표면에서 분출되는 부분에 플라스마가 과열되어 섭씨 100만 도를 넘는다는 사실을 발견했다. 이 극고온의 플라스마는 고리를 확장하고 고리의 최고점에 모인다. 그리고 냉각과 응축 과정을 거친 후 중력에 의해 코로나 비가 되어 태양 표면으로 떨어지는 것이다. 연구원들은 태양 표면으로부터 수백만 마일 규모로 뻗은 거대한 고리형 플라스마(helmet streamers로 불린다)에서 코로나 비의 흔적을 이전부터 찾고 있었다. 연구자들은 헬멧 스트리머가 플라스마와 입자의 흐름인 느린 태양풍의 근원 중 하나일 것으로 여겨 집중적인 관측과 연구를 해왔다. “이 고리들은 우리가 찾고 있던 것보다 훨씬 작았다”라고 밝힌 새 연구의 공동저자 스피로 안티오코스 NASA 고다드 우주비행센터의 물리학자는 “코로나의 가열은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 좁게 국지화되어 있다”라고 덧붙였다. 따라서 ‘천체물리학저널 레터스’ 4월 5일자에 발표된 새 연구결과는 코로나의 가열 과정뿐 아니라 느린 태양풍의 원인을 밝히는 데 한 줄기 빛을 던져주고 있다. “루프에 코로나 비가 있는 경우, 그 바닥에서 10% 이하가 코로나 가열이 일어나는 부분”이라고 공동저자이자 미국 가톨릭 대학의 대학원생 에밀리 메이슨이 성명서를 통해 밝혔다.연구진은 높이 약 4만8000km의 플라스마 고리에서 내리는 코로나 비를 발견했다.이는 연구진이 찾던 헬멧 스트리머 높이의 2%에 불과한 것이었다. 메이슨은 “우리는 여전히 코로나가 가열되는 메커니즘을 정확히 알지 못하지만, 가열과정이 이 층에서 발생한다는 것만은 확신하고 있다”고 말했다. 새 연구결과는 또한 작은 자기장 고리와 느린 태양풍 사이의 가능한 상관관계를 확인하는 전과를 올렸다. 연구진이 생각해온 바와 같이 닫힌 자기장 고리뿐 아니라 열린 자기장 선에서도 코로나 비가 발생할 수 있다는 견론을 얻었다. 열린 자기장 선의 한쪽 끝은 공간으로 뻗어나가 플라스마가 태양풍 속으로 빠져나갈 수 있다는 것이다. 연구진은 NASA의 파커 태양탐사선을 이용해 더 작은 자기장 고리 구조를 연구할 계획이다. 파커 탐사선은 2018년에 발사되어 이전의 어떤 우주선보다 태양에 가까이 접근하고 있는 중으로, 지난 4월 4일 두 번째로 근일점을 통과했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지난 1990년 4월 24일(현지시간) 우주의 심연을 들여다 보고 싶은 인류의 꿈을 담은 우주망원경 한 대가 미 항공우주국(NASA)의 디스커버리호에 실려 힘차게 날아올랐다. 다음 주면 29번째 생일을 맞는 ‘허블우주망원경’(Hubble Space Telescope)이다. 지난 18일(현지시간) NASA와 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경의 29번째 생일을 자축하는 환상적인 천체 사진을 공개했다. 매해 이맘 때 생일카드처럼 공개하는 이 사진 속 대상은 마치 모래시계같은 모습을 띤 '남쪽의 게성운'(Southern Crab Nebula)이다. 남쪽 게성운은 늦봄부터 초여름에 남쪽하늘에서 볼 수 있는 센타우루스자리에 위치에 있으며 우리와는 약 7000광년 떨어진 곳에 위치해 있다.정식명칭이 'Hen2-104'인 게성운은 그 이름처럼 몸과 다리가 마치 게처럼 생겼다. 남쪽 게성운이 이렇게 환상적인 모습을 띄는 이유는 성운 중심에 적색거성과 백색왜성이 쌍성계를 이루고 있기 때문이다. 영원할 것 같아 보이는 우리의 태양같은 별도 역시 주어진 수명이 있어 적색거성 단계를 거쳐 가스를 잃고 생을 마감하게 된다. 이후 남은 가스는 행성상 성운이라는 아름다운 가스 성운이 되고 중심에 남은 잔해는 모여 백색왜성을 이룬다. 곧 이 사진은 수명을 다한 두 별의 상호작용이 만든 작품으로 NASA 측은 '중력의 왈츠'(gravitational waltz)라는 재미있는 표현으로 묘사했다.지름 2.4m, 무게 12.2t, 길이 13m로, 지금도 지상 569㎞ 높이에서 97분 마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있는 허블우주망원경은 대기의 간섭없이 멀고 먼 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블우주망원경은 29년의 세월동안 100만 건이 넘는 관측 활동을 벌였으며 이를 통해 천문학자들은 1만 2000건 이상의 논문을 발표했다. 그간 몇 번의 수리 과정을 거치는 우여곡절을 겪었지만 허블우주망원경은 지상 천체망원경보다 10~30배의 해상도를 가진 사진을 지금도 충실히 전송해오고 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

과학자들이 마침내 우주의 시발점인 대폭발 즉 빅뱅 당시 형성된 분자를 발견해냈다고 미국 CNN 등 주요외신이 17일(현지시간) 일제히 보도했다. 지금으로부터 약 138억 년 전, 빅뱅이 일어나며 초기 우주가 만들어질 때 그 여파에 의한 화학 반응으로 최초의 분자가 만들어졌다. 이런 분자는 현재 우리가 아는 모든 물질을 만드는 데 결정적인 역할을 했다.　‘수소 이온화 헬륨’(HeH＋·Helium hydride ion)이라는 이 분자는 지난 몇 년간 우주 최초의 분자로 추정돼 왔다. 하지만 지금까지 과학자들은 그 존재에 관한 어떤 증거도 발견하지 못했었다.빅뱅 이후 형성된 ‘HeH+’은 수소 이온과 헬륨으로 이뤄진 화합물로 가장 강력한 산 중 하나다. 이 산성 물질이 나중에 수소 분자와 헬륨 원자로 분해됐다는 것이다. 수소와 헬륨은 현재 우주에서 가장 많은 원소로 각각 1, 2위를 차지한다. 과학자들은 1925년 한 실험실에서 HeH+ 분자를 만들어냈고 덕분에 지난 몇십 년 동안 우주에서 이를 찾는 연구가 진행돼 왔다. 연구에 참여한 독일 막스플랑크 전파천문학연구소의 천문학자 롤프 귀스턴 박사는 성명에서 “우주의 화학물질은 HeH+에서 시작됐다. 성간 우주 공간에서 이 물질의 존재에 관한 결정적 증거가 없다는 점은 오랫동안 천문학계의 딜레마였다”고 말했다. 1970년대 말 우주화학 모델을 통해 HeH+ 분자의 발견 가능성이 제기됐다. 이는 과학자들에게 HeH+ 분자가 태양과 같은 별이 초신성 폭발 전 마지막 단계에서 방출한 혼돈 상태의 ‘행성상 성운’에 존재할 수 있다는 생각을 하게 했다. HeH+ 분자는 온도 10만 ℃ 이상인 별의 방사선이 행성상 성운을 이온화할 때 형성된다. 하지만 가장 강력한 파장으로도 HeH+ 분자의 징후를 감지하는 것은 어려웠다. 지구 대기가 불투명한 탓에 지상의 망원경들로 어려웠기 때문이다.이에 따라 연구진은 보잉 747SP를 개조해 2.5m 구경의 적외선 망원경을 탑재한 미국항공우주국(NASA)의 성층권 관측 망원경인 소피아(SOFIA·Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy)를 사용했다. 소피아에 탑재된 그레이트(GREAT·German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies)라는 이름의 고해상도 원적외선 분광기가 행성상 성운 NGC 7027에서 HeH+ 분자를 검출하는 데 성공한 것이다. 이에 대해 연구에 참여한 미국 존스홉킨스대학의 데이비드 뉴펠드 물리천문학부 교수는 “HeH+ 분자의 발견은 분자를 형성하려고 하는 자연의 성향을 극적이고 아름답게 보여주는 것”이라고 말했다. 자세한 연구 성과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호(17일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

‘대륙의 늑대’ 화웨이의 최신 스마트폰 줌 기능 영상이 큰 화제가 되고 있다. 16일(현지시간) 영국 더선은 지난달 화웨이 컨슈머 비즈니스 그룹이 공개한 스마트폰 화웨이 P30 프로(HUAWEI P30 Pro)의 놀라운 줌 인 기능에 대해 소개했다. 화웨이 P30 프로는 화웨이가 지난달 26일 파리 컨벤션센터에서 공개한 화웨이 P30 시리즈로 역대 화웨이 스마트폰 중 카메라 성능이 가장 뛰어난 제품으로 알려졌다. 영상은 화웨이 P30 프로 사용자가 고층 아파트 베란다에서 단지 아래의 모습을 비추는 장면으로 시작된다. 잠시 뒤, 놀이터 탁자에서 장기를 두고 있는 두 학생을 향해 줌 인을 하자 판에 놓여진 장기알의 한자들이 식별 가능한 정도로 포착된다. 해당 영상은 캐나다 온타리오주 워털루 대학교 베스마 모마니 정치학 교수에 의해 트윗돼 화제가 됐다. 그녀는 트위터에서 “사생활 보호 및 감시의 악몽”이라 말했고 다른 트위터들은 “휴대용 망원경으로써의 스마트폰”이라고 트윗했다. 수많은 트위터들은 “해당 폰이 사생활 침해에 어떻게 쉽게 사용될 수 있는지?”에 대한 질문을 던졌다. 한편 화웨이 P30 프로에는 잠망경 디자인의 슈퍼 줌 렌즈가 장착돼 5배 광학 줌, 10배 하이브리드 줌, 50배 디지털 줌의 고밀도 확장 기능을 지원한다. 화웨이 P30 프로의 가격은 128GB 999유로(약 128만 원), 512GB 1249유로(약 160만 원)다.사진·영상= MrBen Lai facebook영상부 seoultv@seoul.co.kr

별의 지름은 질량, 밝기, 표면 온도, 거리 등과 더불어 매우 중요한 물리적 특징이다. 하지만 아무리 큰 별이라도 지구에서 대부분 멀리 떨어져 있어 강력한 망원경으로도 작은 점으로 보이는 경우가 대부분이다. 지구에서 가까운 거리에 있는 일부 별을 제외하고서 별의 지름을 직접 측정하는 일은 거의 불가능에 가깝다. 하지만 방법이 아예 없는 것은 아니다. 독일 전자 싱크로트론 연구소의 타렉 하산과 스미스소니언 천체물리학 관측소의 마이클 다니엘이 이끄는 23개 대학의 국제 협력 연구팀은 지름 60km의 소행성을 이용해서 지구에서 700광년과 2674광년 떨어진 별의 지름을 정확히 측정했다. 원리는 간단하다. 소행성의 크기, 거리, 이동 속도를 알고 있고 별까지의 거리를 알고 있으면 소행성이 별빛을 가리는 시간을 측정해 별의 지름을 잴 수 있다. 물론 지구에서 봤을 때 우연히 별 앞으로 소행성이 지나가야 하므로 상당한 우연의 일치가 필요하지만, 태양계는 많은 소행성이 있고 은하계에는 무수히 많은 별이 있기 때문에 이런 일이 종종 발생한다. 문제는 이를 관측하는 일이다. 국제 과학자팀은 이 현상을 관측하기 위해 미국 애리조나 프레드 로렌스 휘플 천문대의 베리타스(Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System·VERITAS) 망원경을 사용했다. 이 망원경은 이미징 대기 체렌코프 망원경(Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope)이라는 매우 특수한 형태의 망원경으로 지름 12m 망원경 4대가 같이 작동해 빠르게 움직이는 소행성의 이동을 포착한다. 베리타스는 초당 300장의 사진을 찍어 별빛이 가리는 시간을 측정한다. 연구 결과 2674광년 떨어진 거성인 'TYC 5517-227-1'은 태양 지름의 11배인 것으로 나타났다. 700광년 떨어진 'TYC 278-748-1'은 태양과 비슷한 G형 별로 지름은 태양의 2.17배다. 이 정도 거리에 있는 별의 지름을 정확히 측정할 수 있는 기회는 과학자들에게도 흔치 않다. 별의 지름을 정확히 측정할 수 있으며 별의 구조와 특징에 대해서 더 자세히 파악할 수 있으며 직접 측정할 수 없는 별의 지름을 추정하는 방법의 정확도를 높일 수 있다. 사실 상식적으로 생각하면 멀리 떨어진 별의 지름을 측정하는 일은 불가능에 가깝기 때문에 포기하는 것이 당연하다. 하지만 다른 분야와 마찬가지로 과학자들은 안되는 상황에서 어떻게든 되는 방법을 고민해왔다. 이런 고민이 결국 과학 발전을 이끄는 원동력일 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

새로운 세상을 찾아나선 차세대 ‘행성 사냥꾼’이 지구와 비슷한 크기의 외계행성을 찾아냈다. 지난 15일(현지시간) 미국 CNN 등 해외 주요언론은 지구에서 약 53광년 떨어진 항성계에서 지구만한 외계행성과 '형제' 행성이 새롭게 발견됐다고 보도했다. 우리 태양의 80% 정도 질량을 가진 항성 HD 21749 주위를 도는 이 외계행성의 이름은 HD 21749c. 항성을 단 8일 만에 공전할 만큼 바짝 붙어있는 HD 21749c는 지구 지름의 89%에 달하는 암석형 행성이다. 다만 HD 21749c는 암석형이면서 지구와 크기가 비슷한 특징이 있지만 표면온도가 427°C에 달해 생명체가 살기는 힘들어 보인다. 이에반해 함께 발견된 HD 21749b는 지구 질량의 23배, 반지름 기준 2.7배 크기의 가스형 행성이다. 태양계의 해왕성과 비슷해 '미니 해왕성'이라 불리지만 훨씬 더 따뜻하며 항성을 단 36일 만에 돈다. 이번 외계행성 발견이 언론의 주목을 받는 것은 차세대 행성 사냥꾼이라 불리는 미 항공우주국(NASA)의 우주망원경 ‘테스’(TESS·Transiting Exoplanet Survey Satellite)의 '작품'이기 때문이다.이번 연구를 이끈 미국 카네기 연구소 조한나 테스케 연구원은 "TESS가 발사된 지 1년 밖에 안됐지만 벌써 외계행성을 찾는 '게임 체인저' 역할을 하고 있다"면서 "우리은하에 지구만한 외계행성은 많지만 크기가 작아 발견하기 매우 어렵다"고 설명했다. 이어 "이번 외계행성 발견으로 앞으로 더 작은 항성에서 더 작은 행성을 찾아낼 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 보도에 따르면 이번 발견은 TESS가 찾아낸 10번째 외계행성으로 기록됐다.　 지난해 4월 발사된 TESS는 지구 고궤도에 올라 13.7일에 한 바퀴 씩 지구를 돌면서 300~500광년 떨어진 별들을 집중 조사하고 있다. 특히 TESS에 ‘차세대’라는 명칭이 붙은 이유는 지금까지 임무를 수행해 온 케플러 우주망원경의 후임이기 때문으로 케플러보다 관측범위가 400배는 더 넓다. 케플러와 TESS가 이렇게 많은 별들 속 외계행성을 찾을 수 있는 이유는 식현상(transit)을 이용하기 때문이다. 천문학자들은 행성이 별 앞으로 지날 때 별의 밝기가 약간 감소하는 것을 포착해서 행성의 존재 유무를 확인한다. 이후 학자들은 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 최종 판단하는데 향후 이 임무는 2021년 이후로 발사가 연기된 ‘제임스 웹 우주망원경’(JWST·James Webb Space Telescope)이 맡는다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

이론과 간접 증거로만 존재했던 블랙홀을 인류가 마침내 확인했습니다. 세계 8곳의 전파망원경을 연결하여 만든 지구 크기의 가상 망원경인 ‘사건지평선 망원경’(EHT·Event Horizon Telescope)으로 블랙홀을 포착함으로써 1세기 넘게 추적해온 블랙홀의 실체를 드디어 파악하기에 이른 것입니다. 이로써 1915년 발표된 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 다시 한번 검증에 거뜬히 통과하는 쾌거를 이룩했습니다. 즉, 물체의 질량이 주변 시공간을 휘게 하며, 질량이 클수록 시공간의 곡률은 더욱 큰 곡률을 갖게 된다는 내용입니다. 천문학 최대의 화두인 블랙홀이란 과연 무엇일가요? 초간단 정리해보겠습니다. 상상 속에서 태어난 ‘검은 별’(Dark stars) 블랙홀은 우주에서 가장 기이하고도 환상적인 천체라 할 수 있습니다. 물질밀도가 극도로 높은 나머지 빛마저도 빠져나갈 수 없는 엄청난 중력을 가진 존재입니다. 가까이 접근하는 모든 물체를 가리지 않고 게걸스럽게 집어삼키는 중력의 감옥, 블랙홀. 모든 연령층, 모든 직업군을 아우르면서 블랙홀에 대해 크나큰 관심을 불러일으키고 상상력을 자극하는 것은 대체 무엇 때문일까요? 이 괴이쩍은 존재는 최초로 인간의 상상 속에서 태어났습니다. 1783년, 천문학에 관심이 많던 영국의 지질학자 존 미첼이 밤하늘의 별을 보면서 엉뚱한 생각을 합니다. 뉴턴의 중력 법칙과 빛의 입자설을 결합하여, '별이 극도로 무거우면 중력이 너무나 강한 나머지 빛마저도 탈출할 수 없게 되어 빛나지 않는 검은 별이 될 것이다' 이것이 블랙홀 개념의 첫 씨앗이었습니다. 미첼은 이런 생각을 쓴 편지를 왕립협회로 보냈습니다. '만약 태양과 같은 밀도를 가진 어떤 구체의 반지름이 태양의 500분의 1로 줄어든다면, 무한한 높이에서 그 구체로 낙하하는 물체는 표면에서 빛의 속도보다 빠른 속도를 얻게 될 것이다. 따라서 빛이 다른 물체들과 마찬가지로 관성량에 비례하는 인력을 받게 된다면, 그러한 구체에서 방출되는 모든 빛은 구체의 자체 중력으로 인해 구체로 되돌아가게 될 것이다' 그러나 당시 과학자들은 이론적인 것일 뿐, 그런 별이 실재하지는 않을 거라 생각하고 무시했습니다. 이러한 ‘검은 별’ 개념은 19세기 이전까지도 거의 무시되었는데, 그때가지 빛의 파동설이 우세했기 때문에 질량이 없는 파동인 빛이 중력의 영향을 받을 것이라고는 생각하기 힘들었기 때문입니다. 블랙홀 등장, 백조자리 X-1 그로부터 130년이 훌쩍 지난 1916년, 아인슈타인이 우주를 기술하는 뉴턴 역학을 대체하여 시간과 공간이 하나로 얽혀 있음을 보인 일반 상대성 이론을 발표한 직후, 검은 별 개념은 새로운 활력을 얻어 재등장했습니다. 일반 상대성 이론은 중력을 구부러진 시공간으로 간주하며, 질량을 가진 천체는 주변 시공간을 휘게 만든다는 이론입니다. 독일의 카를 슈바르츠실트가 아인슈타인의 중력장 방정식을 별에 적용해서 방정식의 해를 구했습니다. 그 결과, 별이 일정한 반지름 이하로 압축되면 빛마저 탈출할 수 없는 강한 중력이 생기게 되고, 그 중심에는 모든 물리법칙이 통하지 않는 특이점이 나타난다는 것을 알았습니다. 이것을 '슈바르츠실트 반지름'이라고 부릅니다. 이는 어떤 물체가 블랙홀이 되려면 얼마만한 반지름까지 압축되어야 하는가를 나타내는 반지름 한계치입니다. 이에 대해 아인슈타인은 “슈바르츠실트 반지름은 수학적 해석일 뿐, 실재하지 않는다는 것을 내 연구는 보여준다”면서 인정하지 않았습니다. 그러나 그 뒤 핵물리학이 발전하여 충분한 질량을 지닌 천체가 자체 중력으로 붕괴한다면 블랙홀이 될 수 있다는 예측을 내놓았고, 이 예측은 결국 강력한 망원경으로 무장한 천문학자들에 의해 관측으로 입증되었습니다. 1963년 미국 팔로마산 천문대는 심우주에서 유독 밝게 빛나는 천체를 발견했는데, 그것이 검은 별의 에너지로 형성된 퀘이사임을 확인했습니다. 오로지 상상 속에서만 존재하던 검은 별이 2세기 만에 마침내 실마리를 드러낸 것입니다. 사실 이전에는 ‘블랙홀’이란 이름조차 없었습니다. 대신 ‘검은 별’, ‘얼어붙은 별’, ‘붕괴한 별’ 등 이상한 이름으로 불려왔죠. ‘블랙홀’이란 용어를 최초로 쓴 사람은 미국 물리학자 존 휠러로, 1967년에야 처음으로 일반에 소개되었으며, 블랙홀의 실체가 발견된 것은 1971년이었습니다. 그 존재가 예측된 지 거의 200년이 지나서야 이름을 얻고 실체가 발견된 셈입니다. 1971년 미 항공우주국(NASA)의 X-선 관측위성 우후루는 블랙홀 후보로 백조자리 X-1을 발견했습니다. 강력한 X-선을 방출하는 이것이 과연 블랙홀인가를 놓고 이론이 분분했는데, 급기야는 과학자들 사이에 내기가 붙었습니다. 1974년 스티븐 호킹과 킵 손 사이에 벌어진 내기에서 호킹은 백조자리 X-1이 블랙홀이 아니라는 데에 걸었고, 킵 손 교수는 그 반대에 걸었습니다. 지는 쪽이 성인잡지 ‘펜트하우스’ 1년 정기 구독권을 주기로 했죠. 1990년 관측자료에서 특이점의 존재가 입증되자 호킹은 내기에 졌음을 인정하고 잡지 구독권을 킵 손에게 보냈는데, 그 일로 킵 손 부인에게 엄청 원성을 샀다고 합니다. 2005년에는 우리은하 중심에서도 블랙홀이 발견되었는데, 최신 관측자료에 의하면 전파원 궁수자리 A*가 태양 질량의 430만 배인 초대질량 블랙홀임이 밝혀졌습니다. 영화 ‘인터스텔라’ 제작에 자문역으로 참여하기도 했던 킵 손은 나중에 블랙홀 존재를 결정적으로 입증한 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)의 블랙홀 중력파 검출로 노벨 물리학상을 받았습니다. 블랙홀 연구에 큰 업적을 남긴 호킹은 노벨상을 받지 못해 안타깝게도 킵 손에게 두 번이나 패배한 형국이 되었습니다.블랙홀 존재, 어떻게 알 수 있나? 블랙홀은 엄청난 질량을 갖고 있지만 덩치는 아주 작습니다. 그만큼 물질밀도가 극도로 높다는 뜻이죠. 예컨대 태양이 블랙홀이 되려면 얼마나 밀도가 높아야 할까요? 슈바르츠실트 반지름의 해 공식으로 구해보면, 70만㎞인 반지름이 3㎞까지 축소되어야 하며, 밀도는 자그마치 1cm^3에 200억 톤의 질량이 됩니다. 각설탕 하나 크기가 그만한 무게가 나간다는 얘기죠. 지구가 블랙홀이 되려면 반지름이 우리 손톱 정도인 0.9cm로 작아져야 합니다. 이처럼 초고밀도의 블랙홀은 중력이 극강이어서 어떤 것도 블랙홀을 탈출할 수가 없습니다. 지구 탈출속도는 초속 11.2㎞이며, 빛의 초속은 30만㎞입니다. 블랙홀의 중력이 너무나 강해 탈출속도가 30만㎞를 넘기 때문에 빛도 여기서 탈출할 수가 없는 거죠. 따라서 우리는 블랙홀을 볼 수가 없습니다. 그런데 과학자들은 블랙홀의 존재를 확인할 수가 있습니다. 어떻게? 블랙홀이 주변의 가스와 먼지를 강력히 빨아들일 때 방출하는 X-선 복사로 그 존재를 탐색할 수 있습니다. 우리은하 중심부에 있는 초대질량 블랙홀은 두터운 먼지와 가스로 뒤덮여 있어 X-선 방출을 가로막고 있습니다. 물질이 블랙홀로 빨려들어갈 때 블랙홀의 사건 지평선 입구에서 안으로 들어가지 않고 스쳐지나는 경우도 있습니다. 블랙홀이 직접 보이지는 않지만, 물질이 함입될 때 발생하는 강력한 제트 분출은 아주 먼 거리에서도 볼 있습니다. 1958년에 미국 물리학자 데이비드 핀켈스타인이 블랙홀의 ‘사건 지평선’ 개념을 처음으로 선보였습니다. 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래의 곳으로 되돌아갈 수 없는 경계를 말합니다. 말하자면 블랙홀의 일방통행 구간의 시작점이죠. 어떤 물체가 사건의 지평선을 넘어갈 경우, 그 물체에게는 파멸적 영향이 가해지겠지만, 바깥 관찰자에게는 속도가 점점 느려져 그 경계에 영원히 닿지 않는 것처럼 보입니다. 블랙홀은 특이점과 안팎의 사건 지평선으로 구성됩니다. 특이점이란 블랙홀 중심에 중력의 고유 세기가 무한대로 발산하는 시공간의 영역으로, 여기서는 물리법칙이 성립되지 않습니다. 즉, 사건의 인과적 관계가 보장되지 않는다는 뜻이죠. 이 특이점을 둘러싸고 있는 것이 안팎의 사건 지평선으로, 바깥 사건 지평선은 물질이 탈출이 가능한 경계이지만, 안쪽의 사건 지평선은 어떤 물질이라도 탈출이 불가능한 경계입니다. 블랙홀, 화이트홀, 웜홀 1964년, 이론 물리학자 존 휠러가 최초로 ‘블랙홀’이라는 단어를 대중에게 선보인 데 이어 1965년에는 러시아의 이론 천체물리학자 이고르 노비코프가 블랙홀의 반대 개념인 ‘화이트홀’이라는 용어를 만들었습니다. 만약 블랙홀이 모든 것을 집어삼킨다면 언젠가 우주공간으로 토해낼 수 있는 구멍도 필요하지 않겠는가 하는 것이 이 화이트홀 가설의 근거입니다. 말하자면, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 되는 셈이죠. 이렇게 블랙홀과 화이트홀을 연결하는 우주 시공간의 구멍을 웜홀(벌레구멍)이라 합니다. 말하자면 두 시공간을 잇는 좁은 통로로, 우주의 지름길이라 할 수 있습니다. 웜홀을 지나 성간여행이나 은하 간 여행을 할 때, 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다는 거죠. 웜홀은 벌레가 사과 표면의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 이미 파먹은 구멍으로 가면 더 빨리 간다는 점에 착안하여 이름지어진 거죠. 하지만 화이트홀의 존재가 증명된 바 없으며, 블랙홀의 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 파괴되어서 웜홀을 통한 여행은 수학적으로만 가능할 뿐입니다. 그래서 스티븐 호킹도 웜홀 여행이라면 사양하고 싶다고 말한 적이 있습니다. 어쨌든 블랙홀의 현관 안으로 들어갔던 물질이 다른 우주의 시공간으로 다시 나타난다는 아이디어는 그다지 놀랄 만한 것은 아니지만, 여기에서 무수한 공상과학 스토리가 탄생했습니다. ‘닥터 후(Doctor Who)’, ‘스타게이트(Stargate)’, ‘프린지(Fringe)’ 등 끝이 없을 정도죠. 이런 얘기들은 하나같이 등장인물들이 우리 우주와 다른 우주 또는 평행우주를 여행한다는 줄거리로 되어 있습니다. 그러한 우주는 수학적으로 성립되는 가공일 뿐으로, 그 존재에 대한 증거는 아직까지 하나도 밝혀진 것이 없습니다. ​그러나 어떤 의미에서 시간여행이 현실적으로 불가능하다는 얘기는 아닙니다. 만약 우리가 엄청난 속도로 여행하거나, 또는 블랙홀 안으로 떨어진다면 외부 관측자의 눈에는 시간의 흐름이 아주 느리게 보일 것입니다. 이것을 중력적 시간지연이라 합니다. 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 됩니다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없습니다. 외부의 고정된 관찰자가 보면 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기 때문에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워져서 결국 보이지 않게 됩니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빠르게 운동하는 시계의 시간은 느리게 갑니다. 2014년 영화 ‘인터스텔라’는 블랙홀 근처에서 일어나는 이러한 현상을 보여주었죠. 우주 비행사 쿠퍼(매튜 맥커너히)가 시간여행을 할 수 있었던 것은 그 때문입니다. 블랙홀의 사건 지평선 안에는 실제로 어떤 것이 있을까란 문제는 여전히 뜨거운 논쟁거리가 되고 있습니다. 블랙홀 내부를 이해하기 위해 끈이론, 양자 중력이론, 고리 양자중력, 거품 양자 등등 현대 물리학의 거의 모든 이론들이 참여하고 있습니다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

11일 아침 신문을 펼친 이들은 인류 최초로 담아낸 블랙홀 사진을 보고 많이 놀랐을 것이다. 지구에서 5000만 광년 떨어진 처녀자리 은하단 중심부에 존재하는 이 블랙홀을 어떻게 우리는 사진으로 볼 수 있게 된 것일까? 올해 29세의 케이티 보우먼이 주도한 알고리즘이 없었더라면 불가능한 일이었을지 모른다고 영국 BBC가 이날 전했다. 영화 ‘인터스텔라’에 강렬하게 묘사됐던 블랙홀이 실제로 사진으로 촬영됐다는 사실이 커다란 놀라움을 안겼고, 그녀의 이름도 트위터에서 선풍적인 관심을 끌었다. 본인도 무척 흥분했던 것 같다. 페이스북에 랩톱 컴퓨터 화면에 떠오른 블랙홀 사진을 바라보며 흔감해 하면서 수줍게 웃는 사진을 올린 것이다. 사진설명으로 “내가 만든 블랙홀 첫 번째 이미지가 재구축되는 과정을 바라보는 일이 믿기지 않았다”고 적었다.그녀가 알고리즘 개발을 시작한 것은 3년 전 매사추세츠 공대(MIT) 대학원생일 때부터였다. MIT 컴퓨터공학과 인공지능 실험실, 하버드대학 스미소니언 천체물리학 센터와 MIT 해이스택 실험실의 협력을 주도한 것이 그녀였다. 미국 하와이와 애리조나, 멕시코 푸에블라, 스페인 안달루시아, 칠레 아타카마, 남극 등 전 세계 여덟 곳에 흩어져 있는 전파망원경들이 촬영한 사진들과 200여명의 과학자들 컴퓨터를 한데 연결하게 만든 것이 바로 보우먼이 주도한 알고리즘이었다. 이번에 본 블랙홀 사진은 사실 그림자 사진이다. 주변 물질과 상호작용할 때 나온 그림자를 모은 것이다. 휘어지고 왜곡된 빛들로 블랙홀 윤곽이 드러나게 만든 것이다. 보우먼은 이런 난관을 뚫고 블랙홀을 촬영하기 위해선 지구 크기만한 망원경이 필요하다는 사실을 정교한 계산 끝에 알아냈다. 그 결과로 탄생한 것이 육대륙 여덟 망원경을 지구 크기 가상 망원경으로 연결하는 이벤트 호라이즌 텔레스코프(EHT) 프로젝트였다. EHT 프로젝트는 블랙홀을 담고 있는 M87 관련 데이터 수백만 기가바이트 분량을 수집했다. 이 때 사용된 것이 간섭측정법이었다. 하지만 이렇게 수집한 데이터를 이미지로 만들기 위해선 정제 과정을 거쳐야만 했다. 데이터 중간에 틈이 많을 뿐 아니라 노이즈도 적지 않았기 때문이다. 이 과정에서 주도적으로 해결 방법을 제시한 것이 보우먼이었다.또 여러 알고리즘들이 생성해낸 사진들을 연결해 그 경계를 흐릿하게 처리해 모든 알고리즘이 얻어낸 성과들을 균등하게 복구하는 작업을 해낸 것도 보우먼의 아이디어였다. 뉴욕주 하원의원(민주당) 알렉산드리아 오카시오코르테스는 보우먼이 “역사에서 맞춤한 자리를” 점해야 한다고 트위터에 적은 뒤 “과학과 인류에게 당신이 바친 무한한 헌신을 축하하고 감사드린다. 여기 #여성 STEM(과학과 기술, 공학과 수학)이 있다!”고 기뻐했다. MIT와 스미소니언 소셜미디어 계정도 “3년 전부터 MIT 대학원생 케이티 보우먼이 인류 최초의 블랙홀 사진을 얻기 위해 새로운 알고리즘을 만드는 것을 주도하기 시작했다. 그리고 오늘 그 사진이 배포됐다”고 했다. 하지만 현재 캘리포니아 공과대학 컴퓨터와 수학과학과 조교수인 보우먼 박사는 자신뿐만 아니라 팀원들이 함께 이룬 업적이라고 몸을 낮췄다. 그녀는 미국 CNN 인터뷰를 통해 “우리 모두 혼자의 힘으로는 못 해냈을 것”이라며 “많은 다른 배경을 지닌 많은 다른 사람들이 하나가 돼 이뤄낸 성과“라고 말했다. 임병선 기자 bsnim@seoul.co.kr

블랙홀이 어둠 속에서 마침내 모습을 드러냈다. 그 존재가 예견된 지 1세기가 넘도록 모습을 드러내지 않고 있던 우주의 괴물 블랙홀이 역사상 최초로 인류의 시야에 잡혔다. 극한의 중력으로 빛마저 탈출할 수 없는 시공의 구멍은 이로써 그 기괴한 정체를 서서히 드러낼 것으로 보인다. “우리는 볼 수 없다고 생각하던 것을 보았다”고 미국 하버드 스미스소니언 천체물리학 센터의 셰퍼드 도엘레만 박사가 10일(현지시간) 워싱턴 DC의 내셔널프레스클럽에서 열린 기자회견에서 말했다. 도엘레만 박사는 역사적인 블랙홀 촬영에 성공한 사건지평선망원경(EHT·Event Horizon Telescope) 프로젝트를 총괄하고 있다. 이날 공개된 4개의 이미지는 M87 타원은하 중심에 숨어 있는 블랙홀의 윤곽을 잡아낸 것이다. 이어 “그 이미지는 자체만으로도 충분히 충격적이지만, 더 중요한 것은 후속 연구에서 더욱더 놀라운 결과들이 도출될 것이란 점”이라고 덧붙였다. 이번에 최초로 이미지를 잡아낸 블랙홀은 지구에서 5500만 광년 거리에 있는 처녀자리 은하단에 속한 M87이란 타원은하의 초대질량 블랙홀로, 태양 질량의 65억 배, 지름은 160억㎞에 달한다. EHT 프로젝트는 약 20년 동안 200여 명의 넘는 다국적 과학자들이 참여한 컨소시엄으로, 지난 수년간 미국 국립과학재단 및 전 세계의 많은 기관들로부터 기금을 지원받아왔다. 이 프로젝트의 이름, 사건지평선이란 블랙홀의 유명한 경계선을 일컫는 것이다. 이 선 안으로 떨어지면 블랙홀의 극한 중력에 붙잡혀 빛마저 빠져나올 수 없다는 반환 불가의 경계선이다. 이것에 사건 지평선이란 멋진 이름을 붙인 사람은 미국 물리학자 존 휠러로 알려져 있다. 사실 초기에는 ‘블랙홀’이란 이름조차 없었으며, 대신 ‘검은 별’, ‘얼어붙은 별’, ‘붕괴한 별’ 등 이상한 이름으로 불려왔다. '블랙홀'이란 용어를 최초로 쓴 사람 역시 존 휠러로, 1967년에야 처음으로 일반에 소개되었으며, 블랙홀의 실체가 발견된 것은 1971년이었다. ​ ​어쨌든 빛마저도 탈출할 수 없는 블랙홀은 우리가 눈으로 볼 수도 없고 내부를 촬영하는 것도 불가능하다. 그래서 EHT는 블랙홀의 어두운 실루엣을 추적하여 사건 수평선을 이미지화한다. 연구진은 EHT로 블랙홀의 그림자를 먼저 관찰하고, 슈퍼컴퓨터를 이용해 원본 데이터를 최종 영상으로 변환했다. 이후 독일 막스플랑크 전파천문학연구소 등에 위치한 슈퍼컴퓨터를 이용해 EHT의 원본 데이터를 역추적했다. 그 결과 연구진은 M87 블랙홀의 그림자가 약 400억㎞이며, 블랙홀의 크기(지름)는 그림자에 비해 약 40% 정도인 것으로 측정했다. 애리조나 대학의 천문학 부교수로 이 프로젝트에 참여하고 있는 댄 마로네는 스페이스닷컴과의 인터뷰에서 "우리는 잃어버린 광자(빛)를 찾아냈다"고 말했다. 이 프로젝트는 그 동안 두 개의 블랙홀, 즉 태양 질량의 약 65억 배인 M87 거대 블랙홀과 궁수자리 A*로 알려진 우리은하의 중심 블랙홀을 면밀히 조사했다. 우리은하 블랙홀 역시 ​​거대 질량이지만 M87의 블랙홀과 비교하면 간난아기에 불과한 430 만 배 태양 질량에 지나지 않는다. 이 두 대상은 모두 지구로부터의 엄청난 거리에 있다. 궁수자리 A*는 우리로부터 약 26,000광년 떨어져 있으며, M87은 5350만 광년 떨어져 있다. 궁수자리 A*의 사건지평선은 "너무나 작아 우리가 보기에는 달 표면에 놓인 오렌지를 보는 거나 뉴욕시에서 로스앤젤레스 가판대의 신문을 읽는 거나 비슷하다" 도엘레만은 비유한다. 따라서 지구상에 있는 어떤 망원경으로도 관측이 불가능하다는 얘기다. 여기서 지구 크기의 망원경 제작이라는 아이디어가 나타났다. EHT 연구진은 미국 애리조나, 스페인, 멕시코, 남극 대륙 등 세계 곳곳의 8개 전파망원경을 연결, 지구 규모의 가상 망원경을 구성해 2017년 4월 총 9일간 M87을 관측, 이런 성과를 냈다. 그렇다면 이 같은 최초의 블랙홀 이미지가 지닌 의미는 무엇일가? EHT 팀원들과 외부 과학자들은 이번 결과는 아인슈타인의 일반상대성이론을 궁극적으로 증명하는 것으로, 과학사에 한 획을 그은 사건이라는 데 의견 일치를 보고 있다. 마로네 박사는 1968년 12월 아폴로 8호 우주 비행사 빌 앤더스가 찍은 유명한 사진 '지구 해돋이'가 인류에게 우주 속에 떠 있는 연약한 지구의 모습을 보여줌으로써 환경운동에 박차를 가한 사례를 인용하면서, 블랙홀 이미지는 우주에서 우리 자신과 우리의 위치에 대해 생각하는 방식을 바꿀 수 있다고 강조한다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

인류 최초의 블랙홀 사진에 전 세계가 떠들썩한 가운데 중국도 자금 지원, 데이터 분석 등에 기여했다고 나서고 있지만 정작 ‘세계 최대’라고 선전한 구이저우의 전파망원경은 블랙홀 사진 촬영에 참여하지 못했다.이번 블랙홀 사진은 전 세계 6개 대륙에서 8대의 전파 망원경을 동원해 블랙홀의 전파 신호를 통합 분석한 뒤 역추적하는 방식으로 처음 담아낼 수 있었다. 중국 글로벌타임스는 11일 스페인과 하와이에서 이뤄진 관측 작업에 중국 과학자들이 참여했으며 데이터 분석과 블랙홀에 대한 이론적 설명에 중국 연구진들이 기여했다고 보도했다. 중국과학원 상하이 천문대가 블랙홀 프로젝트에 참여하는 과학자들을 조직하고 공동 관측 및 연구를 조율했다. 아인슈타인의 상대성 이론을 증명하는 블랙홀 촬영에 성공한 세계 전파망원경 공동 프로젝트는 앞으로도 성과를 꾸준히 낼 계획이다. 하지만 중국이 그동안 ‘세계 최대’라고 주장했던 구이저우 전파 망원경은 정작 블랙홀 촬영에 참여하는 데 실패했다. 블랙홀 촬영에 참여한 전파망원경은 하와이, 캘리포니아, 애리조나, 멕시코, 칠레, 남극, 그린란드, 스페인, 프랑스 등에 있는 8대다. 중국 구이저우성의 지름 500m 전파망원경은 밀리미터 단위의 전파를 추적해야 하는 블랙홀 프로젝트에 참여 자체가 아예 불가능했다. 블랙홀은 빛조차 빠져나올 수 없는 강한 중력을 갖고 있어 촬영이 매우 어려운데 구이저우의 전파망원경은 센티미터 단위의 전파 측정만 가능하기 때문이다.‘톈옌’(天眼·하늘의 눈)이라고 불리는 중국 전파망원경은 펄서(눈에 보이지는 않지만 주기적으로 빠른 전파나 방사선을 방출하는 천체)에서 내보내는 전파는 측정할 수 있지만 블랙홀이 보내는 신호는 거의 추적 불가능하다. 중국 과학자들은 2006년부터 시작된 블랙홀 프로젝트에 200여명의 해외 과학자들과 함께 참여했다. 베이징대 우쉐빙 교수는 “데이터 처리에 걸리는 시간이 너무 어마어마해서 한 국가의 참여만으로 블랙홀 이미지를 완성하는 것은 불가능하다”고 설명했다. 그는 또 관측에는 단지 몇 시간밖에 안 걸리지만 조각난 이미지들을 모으는데만 일 년 가까이 걸렸다고 덧붙였다. 베이징 윤창수 특파원 geo@seoul.co.kr

우리나라 연구진을 포함한 국제 공동연구팀이 세계 최초로 블랙홀 모습을 촬영하는 데 성공했다. 10일 밤 공개된 블랙홀은 반지 모양의 밝은 노란색 빛 가운데에 검정 원형이 보인다. 이번에 촬영된 블랙홀은 지구에서 5500만 광년 떨어져 있다. 무게는 태양 질량의 65억 배에 달한다. 셰퍼드 도엘레만 블랙홀 관측 프로젝트 단장은 “눈에 보이지 않는다고 생각했던 블랙홀을 우리가 봤다고 알리게 돼 매우 기쁘다”고 소감을 밝혔다. 국제 공동연구팀은 블랙홀 경계를 지나는 빛이 휘어질 때 블랙홀의 윤곽이 드러나는 점에 주목했다. 전 세계 6개 대륙에서 8대의 전파 망원경을 동원해 블랙홀의 전파 신호를 통합 분석한 뒤 역추적하는 방식으로 블랙홀의 모습을 담아냈다.과학계는 천문 역사상 매우 중요한 발견으로 아인슈타인의 일반상대성이론을 증명하는 확실한 증거라고 평가하고 있다. 도엘레만 단장은 “우리는 그전에 하지 못했던 블랙홀 관련 연구에서 완전히 새로운 방식을 찾았다”며 “모든 위대한 발견들처럼 이제 시작” 고 강조했다. 이번 프로젝트에는 우리나라 연구진 8명을 포함해 미국 일본 등에서 200명이 넘는 과학자들이 참여했고, 발표 과정은 전 세계에 생중계됐다. 영상부 seoultv@seoul.co.kr

아인슈타인의 일반상대성이론이 발표된 지 104년, 블랙홀의 존재가 예측된 지 103년 만에 드디어 베일 뒤에 숨겨져 있던 블랙홀의 모습이 처음 공개됐다. 이번에 포착된 블랙홀은 지구에서 5500만 광년 떨어져 있는 처녀자리 은하단(團) 중심부에 존재하는 거대은하 M87 중심부에 있는 것으로 무게는 태양 질량의 65억배에 달하는 것으로 알려졌다. ‘이벤트 호라이즌 망원경’(EHT) 프로젝트 연구진은 전 세계 8개의 전파망원경을 하나로 묶은 가상의 전파망원경을 형성해 초대질량 블랙홀 관측에 성공했다고 10일 밝혔다. 2016년 중력파 검출 발표에 이어 3년이 지난 시점에 블랙홀이 실제로 확인됨에 따라 아인슈타인의 일반상대성이론으로 예측됐던 현상들을 모두 발견하게 된 셈이다. 이 때문에 과학자들은 “일반상대성이론의 궁극적 증명에 이르렀다”는 평가를 내리고 있다. 이날 블랙홀 포착 소식은 세계표준시(UT) 기준 10일 오후 1시(한국시간 10일 오후 10시)에 벨기에 브뤼셀에서 유럽연구이사회, 유럽남방천문대(ESO), 독일 막스플랑크 전파천문연구소 연구진이 나서고 덴마크 린그비, 칠레 산티아고, 중국 상하이, 일본 도쿄, 대만 타이베이, 미국 워싱턴DC의 각국 연구진들을 위성으로 연결해 동시 기자회견을 열고 연구 결과를 공개했다.인류 최초로 블랙홀 모습을 포착한 이번 연구에는 전 세계 200여명의 천문학자가 참여했으며 이 중에는 국내에서 활동하는 연구자 8명과 외국에서 활동하고 있는 한국인 과학자 2명이 포함됐다. 이번 연구 결과는 천체물리학 분야 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’ 4월 10일자 특별판에 6편의 논문으로 게재됐다. 영화 ‘인터스텔라’에서 묘사된 블랙홀을 비롯해 수많은 SF나 TV 과학다큐멘터리 등에서 지금까지 보여 준 블랙홀은 모두 수학적·물리학적으로 계산하고 추정해 그린 ‘상상도’라고 할 수 있다. 이번에 ‘진짜’ 블랙홀 모습을 포착해 낸 EHT는 미국 하와이에 있는 SMA, JCMT, 애리조나 SMT, 멕시코 푸에블라 LMT, 스페인 안달루시아 IRAM, 칠레 아타카마 ALMA, APEX, 남극 SPT 등 전 세계 8개의 전파망원경을 연결한 가상의 전파망원경이다. ‘초장거리 간섭계’라고도 불리는 EHT는 전파망원경 8개를 연결해 1.3㎜파 파장대에서 거대한 지구 규모의 가상의 망원경을 만든 것으로 프랑스 파리 카페에서 미국 뉴욕에 있는 신문의 글자를 읽을 수 있을 정도의 해상도를 갖고 있다. EHT는 블랙홀의 외부 경계면인 ‘이벤트 호라이즌’(사건의 지평선)을 관측해 왔으며 관측 데이터들은 미국 매사추세츠공과대(MIT)와 독일 막스플랑크 전파천문연구소에서 분석됐다. EHT가 5일간 관측해 얻는 데이터는 대략 4페타바이트(PB) 분량으로 MP3 음악이라고 가정할 경우 재생하는 데만 8000년이 걸릴 정도로 방대하다. 이번에 블랙홀 포착에 활용된 데이터는 2017년 4월 5~14일 열흘간 수집된 것이다. 이처럼 엄청난 블랙홀 빅데이터를 분석해 이번에 그 결과를 발표한 것이다. 당초 2017년에 첫 사진을 발표할 예정이었지만 남극에 있는 SPT의 데이터 전달 문제 때문에 지연되면서 2년이 늦춰지게 된 것으로 알려졌다. 사실 빛조차 빠져나갈 수 없어 ‘검은 구멍’이라는 이름을 가진 블랙홀 영상을 찍기란 쉽지 않은 일이다. 블랙홀의 강한 중력은 블랙홀 외곽부인 이벤트 호라이즌 바깥을 지나는 빛도 휘어지게 만든다. 이 때문에 블랙홀 뒤편에 있는 밝은 천체나 블랙홀로 빨려 들어가는 천체와 물질들이 내뿜는 빛이 왜곡되면서 블랙홀 주위를 휘감게 된다. 이렇게 휘어지고 왜곡된 빛들은 우리가 볼 수 없는 블랙홀을 비춰 블랙홀 윤곽이 드러나게 만든다. 이번 EHT가 찍은 것도 엄격하게 따지면 블랙홀의 모습이라기보다는 블랙홀의 윤곽, 일명 ‘블랙홀의 그림자’이다. 연구팀은 방대한 관측자료를 보정하고 영상화 작업을 거쳐 고리 형태의 구조와 중심부의 어두운 지역인 블랙홀의 그림자를 발견했다. EHT 프로젝트 총괄단장인 미국 하버드스미스소니언 천체물리센터 셰퍼드 도에레만 박사는 “시공간의 휘어짐, 초고온 가열 물질, 강한 자기장 등 물리적 요소를 포함시킨 컴퓨터 시뮬레이션과 관측 자료들이 놀랄 만큼 일치되는 것에 깜짝 놀랐다”며 “불과 한 세기 전까지만 해도 불가능하리라 여겼던 일을 이번에 수많은 과학자들의 협력을 통해 이뤄 냈다”고 말했다. 2016년 중력파 검출 발표 이후 이번 블랙홀 발견 소식은 과학자들은 물론 전 세계인들을 흥분에 휩싸이게 만든 과학사의 역사적 순간으로 기록됐다. 사실 ‘블랙홀’은 사회, 정치, 문화 등 과학 이외의 다양한 분야에서 많은 사람들이 흔히 사용하지만 블랙홀이 정확하게 어떤 형태이며 어떤 물리학적 의미를 갖는지에 대해서는 잘 알지 못한다. 블랙홀을 간단히 표현하면 표면 중력이 엄청나게 강한 천체이다. 블랙홀의 표면 중력은 너무 커 이를 벗어나기 위한 최소한의 속도인 ‘탈출 속도’ 크기가 광속보다 크다. 탈출 속도가 광속보다 크다는 이야기는 빛도 그 천체 밖으로 빠져나오기 어렵다는 말이다. 그래서 그 천체를 바라보면 어둡게 보이는 것이다. 중력법칙에 근거해 빛이 탈출할 수 없는 별에 대한 언급은 18세기 프랑스 수학자 피에르 시몽 라플라스가 처음 했다. 오늘날 이야기되고 있는 블랙홀은 1915년 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하고 이듬해 독일 천문학자 카를 슈바르츠실트가 상대성이론을 바탕으로 처음으로 예견했다. 슈바르츠실트의 예측에 따르면 블랙홀은 밀도와 중력이 무한대여서 모든 물질이 빨려 들어가는 ‘특이점’과 블랙홀 경계면이라고 할 수 있는 이벤트 호라이즌으로 구성돼 있다. 이후 “블랙홀은 생각만큼 까맣지 않다”는 말을 남기며 평생을 블랙홀 연구에 바친 영국의 물리학자 스티븐 호킹은 로저 펜로즈와 함께 ‘특이점 정리’에 대한 증명을 통해 우주 곳곳에 블랙홀이 존재할 가능성이 있다는 것을 보여 줬다. EHT 과학이사회 위원장 하이노 팔케 네덜란드 라드바우드대 교수는 “이벤트 호라이즌에서 빛이 블랙홀의 강력한 중력으로 휘어져 만들어진 그림자는 블랙홀이라는 매혹적인 천체에 대해 많은 것을 알려주고 있다”며 “이번 블랙홀 발견이 우주의 생성과 진화에 대해 더 많은 지식을 얻을 수 있는 계기가 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr