일본산업뉴스요약

블랙홀 촬영에 성공
일본, 미국, 유럽 등 세계 망원경 연동

▶블랙홀; 강한 중력으로 주변에 있는 물질과 빛을 삼켜 버리는 특수한 천체. 무거운 별이 대폭발을 일으킨 후에 생성된다고 한다. 일반상대성 이론에 기반해 1916년에 그 존재가 예측되었다. 1970년대 이후, 주변으로부터 나오는 X선 등의 관측으로 블랙홀의 존재가 확인되었으나, 그 모습을 촬영한 적은 없었다.

-- 블랙홀의 존재, 완전히 증명 --
일본·미국·유럽 등의 국제공동연구 그룹은 10일, 은하의 중심에 있는 거대 블랙홀의 모습을 확인하는데 최초로 성공했다고 발표했다. 세계 8개 전파 망원경을 연동시켜 최고로 높은 해상도의 거대 망원경을 선정해 관측했다. 블랙홀의 존재는 간접적인 증거를 통해서는 알려져 있었지만, 눈에 보이는 형태로 그 모습이 확인된 적은 없었다. 이는 베일에 쌓여 있던 천체의 해명으로 이어지는 노벨상 수준의 성과로서 데이터 해석에 이용된 기술은 신소재 개발 및 의료에도 공헌할 수 있을 전망이다.

-- 관측 기술 응용에 기대 --
블랙홀은 과거의 연구로 실존한다는 것이 확실 시 되고 있었으나, 주위를 돌고 있는 별의 움직임 등 간접적인 근거로부터 존재를 추정하는데 그쳐 직접 존재를 확인하는 ‘변하지 않은 증거’ 확보에는 이르지 못하고 있었다. 상상만으로 그려졌던 블랙홀의 완벽한 모습이 밝혀지게 되면서 최후의 조각이 맞춰져 그 존재가 완전히 증명되었다.

현대의 물리학 이론의 검증 및 은하의 성립에 대해서도 새로운 지견을 얻을 수 있을 가능성이 있다. 연구에 참가한 국립천문대의 혼마(本間) 교수는 기자 회견에서 “앞으로 블랙홀 천문학의 신시대를 열어갈 성과이다”라고 강조했다.

이번의 연구 그룹은 칠레, 멕시코, 미국, 스페인 남극에 있는 8개의 전파망원경을 연동시켜 지구 크기의 거대 망원경을 가상으로 실현. 해상도를 우주 심부의 관측 등에 이용되는 하블 우주 망원경의 약 2천배로 높여 달 표면에 있는 골프 공을 관측할 수 있을 정도의 ‘시력’으로 촬영을 시도했다.

구체적으로는 직접 보이지 않는 블랙홀 대신에 주위에 생성되는 전파를 관측했다. 블랙홀의 바깥 쪽에서는 중력으로 빨려 들어간 가스 등이 X선이나 전파를 발산한다. 이 전파를 상세하게 찍어 데이터를 해석함으로써 블랙홀의 검은 그림자를 떠오르게 하는데 성공했다.

우주에는 무수한 별의 집합체인 은하가 적어도 수천억 개나 있으며 그 중심에는 거대한 블랙홀이 존재한다고 한다. 연구 그룹은 지구로부터 5,500만 광년 떨어진 처녀자리의 M87 은하에 있는 거대 블랙홀을 2017년에 촬영해 10일에 그 화상을 공개했다. 분석에 따르면 촬영한 블랙홀의 질량은 태양의 약 65억배. 화상에는 주변에 직경 약 1천억 km의 빛의 고리가 확인되었다.

관측 기술 및 방대한 데이터를 처리하는 컴퓨터의 성능이 비약적으로 향상되면서 이론 상에서 존재했던 것이 실제 눈으로 확인할 수 있게 되었다. 블랙홀도 최첨단 기술을 구사해 그 모습을 촬영하는데 성공했다.

관측 기술의 개량이 추진된다면 지구로부터 더 멀리 떨어진 블랙홀을 촬영할 가능성이 있다. 데이터 해석의 방법은 인공지능(AI) 및 통신 등에도 응용되기 시작했으며 산업으로의 공헌도 기대를 모으고 있다.

블랙홀, ‘최초의 직접적인 증거’
예견된 지 100년만에 모습을 드러내

아인슈타인의 일반상대성이론에 기반한 존재가 예견된 지 약 100년이 지나, 블랙홀의 모습을 드디어 확인할 수 있었다. 태양과 같은 혹성이 수천억 개나 집약되어 있는 은하가 어떻게 만들어 졌는지 등의 해명으로 이어질 수 있다. 일반 상대성이론을 뛰어넘는 새로운 이론의 발전으로의 돌파구를 열 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

-- 물리학 발전으로의 돌파구 --
국제 팀의 화상은 모든 물질 및 빛이 블랙홀로 빨려 들어가 나오지 못하게 되는 경계선인 ‘사건의 지평선(이벤트 호라이즌)’을 촬영했다. 경계선이 만들어 내는 검은 그림자가 찍혀 일반 상대성이론으로 예견되었던 블랙홀의 실존이 증명되었다.

2015년에 처음 관측된 중력파는 블랙홀의 합체로 발생되었으나, 직접 찍은 영상은 없었다. 이번 사진은 최초로 직접 확인한 증거라고 할 수 있으며 다니구치(谷口) 방송대학 교수는 ’중력파의 경우처럼 내년 노벨상을 수상해도 이상할 것이 없는 대단한 성과’라고 말한다.

사진으로 확인된 블랙홀은 처녀자리의 ‘M87’이라는 은하의 중심에 있으며 태양의 65배라는 거대한 질량을 가지고 있다. 국제 팀은 태양이 포함되어 있는 은하수의 은하의 중심에 있는 거대 블랙홀인 ‘궁수자리 A별’도 관측해 데이터 해석을 진행하고 있다. 블랙홀 자체는 M87보다 작지만 거리는 가깝기 때문에 새로운 화상을 얻게 될 가능성이 있다.

은하수의 은하를 비롯해 많은 은하에서도 중심에 동일한 거대한 블랙홀이 존재. 거대 블랙홀과 은하의 형성이 관련이 있을 것으로 예상되고 있다. 거대 블랙홀과 그 주위에서 일어나고 있는 현상을 조사한다면 어떻게 은하가 생성되어 성장해 왔는지를 알 수 있을 것으로 판단되어 연구자들이 거는 기대는 크다.

또한 블랙홀의 관측은 상대성이론을 비롯해 현재의 물리학의 한계를 뛰어넘는 새로운 이론으로의 돌파구가 된다. 중력을 설명하는 일반 상대성이론은 지금까지 몇 가지 천체 현상 등으로부터 옳다는 것이 증명되어 왔다. 1919년의 개기일식으로 태양의 뒤에 가려진 별 빛이 중력으로 휘어지는 것을 관측한 사례는 유명하다.

그러나 블랙홀의 경계선에 가까운 장소의 중력은 태양 등에 비해 비교할 수 없을 정도로 크다. 중력은 극한까지 강해진 특별한 장소에서도 상대성이론이 성립하는지, 아니면 관측과 이론에 괴리가 생기는 것일까? 이것을 확인하게 된다면 차세대 물리이론이 나아가야 할 방향을 판단하는 발판이 될 것이다.

장래에는 전파망원경 및 X선에 의한 관측 기술의 진보로 더욱 상세한 관측이 가능하게 될 것이라고 기대를 모으고 있다. 이번 영상은 그것을 기념해야 할 첫걸음인 것이다.

블랙홀 증명, 정확한 기술이 뒷받침
지구 사이즈의 가상 망원경

블랙홀의 모습을 확인할 수 있었던 것은 지구 사이즈의 전파망원경을 가상적으로 만들어낼 수 있었기 때문이다. 통신 및 데이터 처리와 같은 IT(정보기기)의 발전과 함께, 1억년에서 1초도 엇갈리지 않는 정확한 시계 등의 기술이 통합되고 있다. 이런 기술은 상업에도 응용이 가능하다.

관측한 처녀자리의 M87은하의 중심에 있는 거대 블랙홀은 지구로부터 약 5,500만 광년이나 떨어져 있다. 그 모습을 촬영하기 위해서는 인간의 약 300만배의 시력이 필요하다. 하와이에서 가장 높은 산으로부터 남극의 극한의 지역까지 세계 8개소의 천문대에서 동시에 관측했다.

5일간의 8개소 천문대 관측을 통해 얻은 데이터는 1페타바이트(1페타는 기가의 약 100만배)를 넘어섰으며 고성능 PC 약 1천대 분의 데이터 양에 달했다. 데이터를 슈퍼컴퓨터로 처리함으로써 신호를 늘려 직경 1만km에 가까운 안테나를 가진 거대한 전파망원경에 필적하는 해상도를 만들어냈다.

-- 끝 --