사건지평선 망원경 프로젝트가 공개한 M87. 중심의 검은 부분은 블랙홀(사건의 지평선)과 블랙홀을 포함하는 그림자이고, 고리의 빛나는 부분은 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이다. [출처 사건의 지평선 망원경(EHT) 프로젝트]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과 일본 국제 공동연구팀이 M87 블랙홀 제트의 자기장 강도 추정에 성공했다. M87은 블랙홀은 지난 2019년 사건지평선망원경(이하 EHT, Event Horizon Telescope)으로 인류 사상 최초로 관측한 블랙홀이다.

천문학자들은 블랙홀로부터 방출되는 제트의 형성에는 자기장이 깊게 관여할 것이라 추측하고 있다. 이제까지 제트의 자기장 강도는 제트의 밀도가 높은 블랙홀 근처에서만 제한적으로 추정이 가능했는데, 블랙홀로부터 멀리 떨어진 제트의 자기장 강도를 추정한 것은 이번이 처음이다.

제트는 기체와 액체 등 물질의 빠른 흐름을 말하는데, 노즐 같은 구조를 통과하며 밀도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질이 방출되어 만들어진다.

이번 연구에는 한국천문연구원의 한국우주전파관측망(KVN)과 일본국립천문대의 일본우주전파관측망(VERA Array)이 공동으로 운영하는 7개의 전파망원경으로 구성된 한일공동 우주전파관측망(KaVA)이 활용됐다.

M87에서 뿜어져 나온 제트의 복사냉각 분포도복사냉각은 자기장 강도의 제곱에 비례하므로, 서로 다른 주파수대(22GHz, 43GHz)에서 관측한 복사냉각 분포를 분석하면 자기장 강도를 추정할 수 있다. 색이 푸른 계열일수록 플라즈마가 방사 냉각에 의해 더 많이 냉각되었음을 나타내며 붉은 계열일수록 덜 냉각되었음을 의미한다.[한국천문연구원 제공]

연구팀은 제트가 방출되는 과정에서 제트 내의 플라즈마가 냉각되는 싱크로트론 복사냉각 현상을 분석해 자기장 강도를 추정하는 데 성공했다. 복사냉각은 자기장 강도의 제곱에 반비례하므로, 서로 다른 주파수대(22GHz, 43GHz)에서 관측한 복사냉각 분포를 분석하면 자기장 강도를 추정할 수 있다.

그 결과, 블랙홀로부터 약 2~10광년 떨어진 거리에서 제트의 자기장 강도를 0.3에서 1가우스(Gauss)로 추정했다. 이는 M87 제트의 자기장이 블랙홀 중심부에서부터 약 10광년의 거리까지 방출되는 동안 다른 외부 요인으로 인해 크게 소실되지 않았음을 의미한다.

- KaVA(KVN and VERA Array) 한일공동 우주전파관측망.[한국천문연구원 제공]

노현욱 한국천문연구원 박사는 “KaVA 준동시 관측을 통해 초대질량블랙홀 중심부에서 멀리 떨어진 제트의 자기장 강도를 파악할 수 있었다. 이를 통해 제트 자기장의 전반적인 분포를 파악하고 기존 제트 이론 연구와 비교해 제트 형성 기작을 검증해나갈 것”이라 밝혔다.

손봉원 한국천문연구원 박사는 “여러 주파수 VLBI 관측의 비교 분석은 제트의 물리적 특성을 이해하는 데 중요한 연구 기법”이라며 “블랙홀 연구는 여러 주파수대 동시 관측이 가능한 한국우주전파관측망의 장점을 살릴 수 있는 분야라 앞으로도 지속적인 공동 연구와 성과를 예상한다”고 전했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘천문학 및 천체물리학’ 5월 24일자에 게재됐다.