[지금은 과학] 지구에서 가장 가까운 쌍성계 블랙홀, 새로운 사실 드러났다

[아이뉴스24 정종오 기자] 지구에서 가장 가까운 블랙홀 이중성인 ‘백조자리 X-1’은 기존에 판단한 것보다 더 멀리 떨어져 있고 질량도 50% 정도 더 무거운 것으로 파악됐다.

기존에 알려졌던 약 6천100 광년보다 먼 약 7천200 광년 떨어져 있는 것으로 나타났다. 블랙홀의 질량은 태양 질량의 21배로 기존에 알려진 질량보다 약 50% 무겁다는 것을 알아냈다. 우리 은하의 크기는 약 10만 광년쯤 된다.

‘백조자리 X-1’ 블랙홀은 인류가 최초로 발견한 블랙홀이다. 우리 은하에서 지구와 가장 가까운 블랙홀 이중성이다. 한국천문연구원이 참여한 국제공동연구팀은 10개의 전파망원경을 연결한 초장기선 전파간섭계(VLBA, Very Long Baseline Array)로 백조자리 X-1 블랙홀의 정밀한 위치를 측정했다.

그 결과 백조자리 X-1 블랙홀은 이전에 알려졌던 것보다 더 멀리 떨어져 있으며, 더 무거운 블랙홀임을 규명했다.

백조자리 X-1은 블랙홀과 청색 초거성이 동반성으로 쌍성계를 이루고 있다. 1964년 고층 대기 관측 로켓에 실린 엑스선 검출기를 통해 처음 발견됐다. 동반성으로부터 강한 중력을 가진 블랙홀로 유입되는 물질이 빠르게 회전하면서 빛의 속도에 가까운 빠른 제트와 강력한 엑스선을 방출한다.

국제공동연구팀은 초장기선 전파간섭계(VLBA)를 이용해 백조자리 X-1 블랙홀에서 나오는 전파신호를 관측했다. 지구로부터 먼 거리의 천체 위치를 정밀하게 측정하는 삼각측정법을 통해 연구결과를 끌어냈다.

삼각측정법은 어떤 물체를 다른 위치에서 바라볼 때 생기는 위치 차이를 삼각법을 사용해 거리를 측정하는 방법이다. 손가락을 뻗어 왼쪽 눈을 감고 손가락을 볼 때와 오른쪽 눈을 감고 손가락을 볼 때의 위치가 서로 다르다.

이때 생기는 편이된 각도를 시차(parallax)라 한다. 지구가 공전하면서 천체의 위치가 상대적으로 달라지며 두 시점 사이의 거리와 그에 따른 각도를 삼각법을 이용해 천체까지의 거리를 계산할 수 있다. 우주에서 거리를 측정하는 방법 중 지구로부터 먼 거리에 있는 천체까지의 거리를 정밀하게 측정할 수 있다.

이번 연구를 이끈 호주 커틴대(Curtin University) 제임스 밀러 존스(James C.A. Miller-Jones) 교수는 “이번 관측을 통해 백조자리 X-1 블랙홀은 이전 가설보다 멀리 떨어져 있으며 더 무거운 블랙홀임을 알게 됐다”며 “이를 통해 무거운 별이 진화해 블랙홀이 되기까지 형성과 성장 과정을 새롭게 밝히는 증거가 될 것”이라고 말했다.

공동 저자인 호주 모나쉬대(Monash University) 일리아 맨델(Ilya Mandel) 교수는 “백조자리 X-1의 블랙홀은 별의 진화 마지막 단계에서 탄생한 블랙홀로 블랙홀이 되기 전까지 항성풍을 통해 외부로 질량을 잃게 되는 과정을 거친다”며 “이번 연구결과 백조자리 X-1 블랙홀이 기존의 가설보다 질량이 훨씬 무거운 별이었으며 별의 진화 과정에서 항성풍으로 질량 손실이 상대적으로 더 적었음을 의미한다”고 설명했다.

백조자리 X-1 블랙홀은 수 만 년 전에 태양 질량의 약 60배에 달하는 무거운 별이 중력 붕괴해 형성됐을 것으로 판단했다.

정태현 한국천문연구원 박사는 “이번 연구에서 천문연은 전파간섭계를 활용한 백조자리 X-1 블랙홀의 정밀 위치 측정법 고안에 이바지했다”며 “앞으로는 세계에서 유일하게 4개 주파수 대역을 동시에 관측할 수 있는 한국우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network)을 활용해 백조자리 X-3 등 블랙홀 관측 연구를 계속 이어갈 예정”이라고 전했다.

이번 연구결과는 국제학술지 사이언스(Science)지 2월 18일 자(논문명:Cygnus X-1 contains a 21-solar mass black hole)에 실렸다.