이벤트 호라이즌망원경(Event Horizon Telescope, EHT)이 사상 최초로 블랙홀 관측에 성공했다.

10일 전세계 동시 기자회견에서 EHT 과학자들은 블랙홀과 그림자의 직접적인 시각적 증거를 제시, 사상 첫 블랙홀 관측 성공을 발표했다. 블랙홀 규모는 태양계보다 크며, 질량은 65억배에 달했다. (관련 영상 :미국과학재단(NSF) 발표/유럽ESO 발표)

관련 연구는 이날 천체물리저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters) 특별호에 6개 논문으로 발표됐다.

이미지는 Messier 87의 중심에 있는 블랙홀을 보여준다. M87은 처녀자리 은하단(Cluster of galaxies) 근처에 있는 거대한 은하다. 이 블랙홀은 지구로부터 약 5500만 광년(53.49m light years) 떨어져 있다. 태양의 약 65억 배에 달하는 질량을 가지고 있다. 관측 된 블랙홀의 규모는 태양계 전체의 크기보다 크다.

credit:NSF.

EHT는 지구상 8개 관측소 망원경을 연결, 전례없는 감도와 해상도를 가진 지구 크기의 가상 망원경을 형성했다. 수년간의 국제협력 결과, 100년전 아인슈타인(Einstein)의 일반상대성이론에 의해 예측된 바를 확인했다. 역사적인 이번 실험은 우주에서 가장 극한의 물체를 연구하는 새로운 방법을 제공한다.

하버드앤스미소니언 천체물리학센터 세퍼드 돌먼(Sheperd S. Doeleman)은 “우리는 블랙홀의 첫 번째 사진을 찍었다” 며 “이것은 200명 이상의 연구자들로 구성된 팀이 이룩한 놀라운 과학적 업적”이라고 말했다.

ESA 블랙홀 인포그래픽. 회전하는 물질의 얇은 원반은 블랙홀 중력에 의해 분해된 태양과 같은 별의 잔해로 구성된다. 충돌 파편의 충격뿐만아니라 질량 가중에따라 발생 된 열은 초신성 폭발을 닮은 빛의 파열을 만든다. credit: European Southern Observatory, European Space Agency, M. Kornmesser

블랙홀은 초대 질량을 지닌 우주 물체다. 이 물체의 존재는 극단적인 방식으로 주변 환경에 영향을 미치며 시공간을 뒤틀고 주변 물질을 과열시킨다.

EHT 과학 위원회(Science Council) 헤이노 팔케(Heino Falcke) 교수는 “‘빛나는 가스 원반과 같은 밝은 영역에 잠겨 있는 그림자와 비슷한 어두운 영역을 만드는 블랙홀이 생길 것’이란 아인슈타인의 일반상대성이론에 의해 예측 된 것”이라며 “그림자는 중력적인 굴곡과 이벤트 호라이즌에 의한 빛의 포착으로 인해 생겼다. 블랙홀의 본질을 드러낸 것으로 엄청난 질량을 가진 M87 블랙홀을 측정 할 수있었다 “고 밝혔다.

보정 및 이미징 처리한 여러 개의 독립적인 EHT 관찰을 통해 지속되는 어두운 중앙 영역, 블랙홀의 그림자가 있는 링 모양의 구조가 나타났다.

폴 호(Paul T.P Hoe) EHT 동아시아 관측소장은 “일단 우리가 그림자를 이미지화했음을 확신했고, 관측치를 뒤틀린 공간, 과열된 물질 및 강한 자기장 물리학을 포함하는 광범위한 컴퓨터 모델과 비교할 수있었다. 관측된 이미지의 많은 특징들이 우리의 이론적 이해와 놀랍게 잘 맞았다”며 “이것은 블랙홀의 질량을 추정하는 것을 포함해 관찰 결과에 대한 확신을 갖게한다”고 말했다.

credit:NSF.

EHT를 구성하는 것은 엄청난 도전이었다. 하와이와 멕시코의 화산, 애리조나의 산과 스페인의 시에라 네바다, 칠레의 아타 카마 사막 및 남극 등 험난한 환경에 배치된 8개의 기존 망원경으로 이루어진 전세계 네트워크를 업그레이드하고 연결해야했다.


ALMA, APEX, IRAM 30m, James Clerk Maxwell, Large Millimeter
, Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter
, South Pole 망원경. credit:EHT.

EHT 관측은 전 세계의 망원경 시설을 동기화하고 행성의 회전을 이용하여 파장 1.3mm에서 관찰되는 하나의 거대한 지구 크기 망원경을 형성하는 VLBI (very-long-baseline interferometry)라는 기술을 사용한다. VLBI는 EHT가 뉴욕에서 파리 거리 카페의 신문을 읽을 정도의 20 마이크로-아크초(micro-arcseconds)의 각도 분해능을 달성 할 수있게만든다.

망원경이 확보한 페타 바이트 크기 원데이터는 막스플랑크 연구소(Max Planck Institute for Radio Astronomy)와 MIT헤이스텍관측소(MIT Haystack Observatory)의 전문 슈퍼 컴퓨터에 의해 결합됐다.

이날 발표된 EHT 관측은 수십 년의 관측, 기술 및 이론 작업의 절정을 나타낸다. 글로벌 팀워크는 전 세계의 연구자들과의 긴밀한 협력이 필요했다. 13개의 파트너 기관은 기존 인프라와 다양한 기관의 지원을 모두 활용해 EHT를 만들었다. 핵심 자금은 미국 국립 과학 재단(NSF), EU연구위원회(ERC) 및 동아시아 자금지원 기관에 의해 제공됐다.

돌먼은 “우리는 한 세대 전에는 불가능한 것으로 추정되는 것을 성취했다”며 “기술 혁신, 세계 최고의 라디오 관측소의 연결, 혁신적인 알고리즘이 모두 모여 이룬 성과”라고 밝혔다.

한편, 이날 발표에 앞서 기대를 모았던 암흑물질의 실마리에 대한 언급은 없었다.

미국 국립과학재단(NSF) 기자회견 직후 이어진 질의응답에서 암흑물질 단서에 대한 기자의 질문에 연구진은 “아쉽지만 발견하지 못했다”고 말했다. 암흑 물질을 찾는 연구는 계속 될 것이라고 덧붙였다.