지구에서 불과 1000광년 떨어진 우주에서 블랙홀이 발견됐다.

블랙홀은 지금까지 발견된 것보다 태양계에서 더 가깝고 육안으로 볼 수 있는 트리플 시스템의 일부를 형성한다. ESO(European Southern Observatory) 천문학들은 칠레의 ESO 라실라관측소(La Silla Observatory)에서 MPG/ESO 2.2 미터 망원경을 사용해 두 개의 별을 추적, ‘보이지 않는’ 블랙홀에 대한 증거를 발견했다.

그들은 이 시스템이 빙산의 일각일 수 있다고 말한다. 앞으로 더 많은 블랙홀이 발견 될 수 있기 때문이다.

프라하 체코 과학 아카데미의 명예 과학자 페트르 하드라바(Petr Hadrava)는 “우리는 이것이 블랙홀을 가진 육안으로 볼 수 있는 최초의 별 시스템이라는 것을 확인했을 때 깜짝 놀랐다”고 말했다.

망원경자리(telescopium constellation)에 위치한 이 시스템은 쌍안경과 망원경 없이 어두운 밤 남반구에서 볼 수 있을 만큼 지구와 가깝다. ESO 과학자 토마스 리비니우스(Thomas Rivinius)는 “이 시스템은 우리가 알고 있는 지구에 가장 가까운 블랙홀을 포함하고 있다”고 밝혔다.

이 팀은 원래 두 개의 별 시스템 연구 일환으로 ‘HR 6819’을 관찰했다. 그러나 그들이 관찰한 내용을 분석하면서 HR 6819에서 이전에 알려지지 않은 세 번째 물체인 블랙홀을 확인했다. 라실라 MPG/ESO 2.2 미터 망원경에서 ‘FEROS’ 분광기로 관측한 결과, 두 개의 보이는 별 중 하나가 40일마다 보이지 않는 물체를 돌고 있는 반면, 두 번째 별은 이 내부 쌍에서 먼 거리에 있는 것으로 나타났다.

HR 6819의 숨겨진 블랙홀은 환경과 상호 작용하지 않기 때문에 말 그대로 검게 보이는 최초의 별 중량 블랙홀 중 하나 다. 그러나 팀은 내부 별 궤도를 연구함으로써 그 존재를 파악하고 질량을 계산할 수 있었다.

칠레에 있는 리비니우스는 “태양보다 질량이 4배 이상인 보이지 않는 물체는 블랙홀 뿐”이라고 결론을 내렸다. 천문학자들은 현재까지 우리 은하에서 수십 개의 블랙홀을 발견했다. 이 모든 블랙홀은 환경과 강하게 상호 작용하며 강력한 X-선을 방출해 존재를 드러낸다.

그러나 과학자들은 은하수의 일생 동안 더 많은 별들이 삶을 끝내면서 블랙홀로 붕괴했을 것으로 추정한다. HR6819에서 보이지 않는 블랙홀의 발견은 은하수의 숨겨진 블랙홀이 어디에 있는 지에 대한 실마리를 제공한다.

빙산의 일각

천문학자들은 그들의 발견이 이진 블랙홀 시스템에 빛을 비출 수 있다고 생각한다. ESO의 박사후 연구원이자 논문 공동저자 마리안 헤이다(Marianne Heida)는 “LB-1이라는 다른 시스템도 트리플이 될 수 있다는 것을 깨달았다. LB-1은 지구에서 조금 떨어져 있지만 여전히 천문학적 측면에서 아주 가깝기 때문에 아마도 이 시스템이 더 많이 존재할 것”이라고 말했다.

마리안은 이어 “그것들을 연구함으로써 우리는 희귀한 별들의 형성과 진화에 대해 많은 것을 배울 수 있다. 태양 약 8배 이상의 별은 탄생 이후 초신성 폭발로 삶을 마감하고 그 후에는 블랙홀을 남긴다”고 말했다.

내부 블랙홀-별 쌍과 먼 별을 가진 이 트리플 시스템의 발견은 또한 지구에서 감지 될 수 있을 만큼 강력한 중력파를 방출하는 파괴적인 우주 합병에 대한 단서를 제공할 수 있다.

일부 천문학자들은 이 합병이 HR 6819 또는 LB-1과 유사한 구성의 시스템에서 발생할 수 있다고 생각하지만 내부 쌍은 두 개의 블랙홀 또는 블랙홀과 중성자별로 구성된다. 먼 외부 물체는 병합과 중력파 방출을 유발하는 방식으로 내부 시스템의 중력에 영향을 줄 수 있다. HR 6819와 LB-1에는 블랙홀이 하나만 있고 중성자 별은 없지만, 이 시스템은 과학자들이 트리플 시스템에서 어떻게 행성 충돌이 일어날 수 있는지 이해하는 데 도움이 될 수 있다.

이 연구는 6일 ‘Astronomy & Astrophysics’ 에 발표됐다.

*”A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary”, Astronomy & Astrophysics (2020). DOI: 10.1051/0004-6361/202038020