이벤트 호라이즌 망원경(Event Horizon Telescope, ETH) 글로벌 협력팀은 2009-2013년의 아카이브 데이터 세트를 분석해 여러 해에 걸친 M87 * 블랙홀 이미지에서 초승달 모양 강착 원반과 그림자 변동을 포착했다.

2019년 ETH팀은 M87 은하 중심 M87 * 초대질량 블랙홀(supermassive black hole) 최초 이미지를 제시했다.

연구 결과는 23일(현지시각) ‘The Astrophysical Journal‘에 게재됐다. 연구팀은 VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 기법을 사용해 동기화된 관측을 수행한다. 이들은 함께 지구 크기의 가상 전파 망원경을 형성, 고유한 고해상도 이미지를 제공한다.

측정된 강착 원반 직경의 일관성과 방향 측정의 불확실성을 보여주는 애니메이션. Credit: M. Wielgus and the EHT Collaboration

논문의 주 저자 메이엑 웰구스(Maciek Wielgus) 하버드& 스미소니언 천체 물리학 센터 블랙홀 이니셔티브 펠로우는 “이벤트 호라이즌 망원경의 놀라운 각 해상도로 우리는 달에서 진행되는 당구 게임도 볼 수 있다. 작년에 우리는 M87 * 주변에서 소용돌이 치는 뜨거운 플라즈마에 의해 형성된 밝은 초승달 모양의 블랙홀 그림자 이미지와 블랙홀의 이벤트 지평선이 예상되는 어두운 중앙 부분으로 구성된 이미지를 보았다. 그러나 이러한 결과는 2017년 4월 1주일 동안 수행된 관찰에 근거한 것으로, 너무 짧아서 많은 변화를 볼 수 없었다”고 말했다.

2009년부터 2013년까지 연구원들은 전체 망원경이 결합되기 전에 초기 프로토 타입 어레이로 M87 *의 데이터를 수집했다. 해당 데이터로 초승달 크기와 방향이 변경됐는지 확인할 수 있었다. 2009-2013년 관측은 2017년에 수행된 것보다 훨씬 적은 데이터로 구성돼 이미지 생성이 불가능하다. 대신 EHT팀은 통계적 모델링을 사용해 시간 경과에 따른 M87 *의 외관 변화를 조사했다.

EHT 협력팀은 분석을 2009-2017년 관측으로 확장하면서 M87 *이 이론적 기대치를 준수한다는 것을 보여주었다. 블랙홀의 그림자 직경은 태양 질량 65억 개의 블랙홀에 대한 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 예측과 일치한다.

EHT 팀은 데이터가 놀라움을 숨기고 있다는 것을 발견했다. 고리가 흔들리고 있었다. 처음으로 그들은 극심한 중력 조건에서 블랙홀의 사건 지평선에 매우 가까운 강착원반 흐름의 동적 구조를 엿볼 수 있었다. 이 지역을 연구하는 것은 상대론적 제트 분출와 같은 현상을 이해하는 열쇠를 쥐고 있으며 과학자들은 일반 상대성 이론에 대한 새로운 테스트를 공식화 할 수 있다.

블랙홀에 떨어지는 가스는 수십억도까지 가열되고, 자기장이 존재하면 이온화되어 난류가 된다. 웨글루스는 “물질의 흐름이 격렬하기 때문에 초승달은 시간이 지남에 따라 흔들리는 것처럼 보인다. 사실, 우리는 거기에서 상당히 많은 변화를 볼 수 있다. 모든 이론적 부착 모델이 그렇게 많은 흔들림을 허용하지는 않는다. 이것은 관찰된 소스 역학을 기반으로 일부 모델을 배제할 수 있다는 것을 의미한다”고 말했다.

credit:ESO.

EHT의 창립 디렉터 셉 돌레만(Shep Doeleman)은 “이러한 초기 EHT 실험은 현재 EHT가 뛰어난 이미징 기능을 가지고 있어도 비교할 수 없는 장기적 관찰의 보물을 제공한다. 2009 년에 M87의 크기를 처음 측정했을 때 블랙홀 역학을 처음으로 엿볼 수 있을 것이라고 예상할 수 없었다”고 설명했다.

EHT 프로젝트 과학자 고프리 보우어(Geoffrey Bower)는 “확장된 EHT 어레이로 M87 *을 모니터링하면 난류 역학을 연구하기 위해 새로운 이미지와 훨씬 더 풍부한 데이터 세트를 제공 할 것이다. 우리는 이미 그린란드의 새로운 망원경으로 얻은 2018년 관측 데이터를 분석하고 있다. 2021년에 우리는 두 곳의 사이트를 추가로 관찰하여 뛰어난 이미지 품질을 제공할 계획이다. 블랙홀을 연구하기에 정말 흥미로운 시기”라고 말했다.