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국제 공동 연구팀, 초대형 블랙홀 가장자리에서 자기장 발견

지난 2019년 4월 10일 인류는 역사상 처음으로 블랙홀과 블랙홀의 그림자의 직접적인 시각적 증거를 발표했었습니다.

그리고 2021년 3월 24일 지구에서 5500만 광년 떨어져 있는 블랙홀의 가장자리에 거대한 자기장이 있다는 사실을 우리나라 연구진이 포함된 국제 연구팀이 확인했습니다.

2년전 인류가 처음으로 관측한 처녀자리 M87 은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀로 지구에서 5500만 광년 떨어져 있으며 질량은 무려 태양의 65억배나 됩니다.

이번에 밝혀진 것을 것을 살펴보면 블랙홀의 가장자리에서 고리를 형성하듯 나선형 모양 빛이 뿜어져 나오고 있습니다.
원래 빛은 사방으로 나오는 성질이 있는데 특정 방향으로 나아간다는것(편광)은 자기장이 형성되었을때 나타나는 현상이며 이는 블랙홀의 가장자리에 자기장이 존재한다는것을 확인했다고 할 수 있습니다.

한국천문연구원의 김재영 선임연구원은 "자기장이 굉장히 잘 조직화 되어있고, 세기도 강한 것이 블랙홀과 어느정도 상호작용을 하기에 충분한 조건이 만들어졌다 라고 볼수 있습니다." 라고 말했으며 발견된 블랙홀 자기장의 세기는 지구 자기장의 약 100배 가량된다고 합니다.  

알다시피 블랙홀은 주변의 모든 물질을 끌어당겨 집어삼키는데 이 과정에서 대부분의 물질은 바로 블랙홀안으로 들어가지만 일부 물질은 바로 직전에 빛의 속도로 분출되게 되는데 이 현상을 제트 현상 이라고 합니다.

은하계의 중심에 있는 초대질량 블랙홀 같은경우 제트의 크기가 은하 전체의 크기보다 큰 경우도 있습니다. 이번 블랙홀 가장자리에서 자기장을 발견한것은 이런 제트 현상을 밝히는 단서가 될 수도 있습니다.

공동 연구자인 Sara Issaoun은 "편광된 빛은 블랙홀 근처의 자기장이 얼마나 강한지, 블랙홀의 물질을 흡수하는것과 그것이 은하 전체에서 방출할 수 있는 플라즈마 제트를 연결하는 방법에 대해 알려줍니다."라고 말하며 "자기장은 가스 과정을 이해하고 블랙홀의 물질 흡수방법을 이해하는데 핵심 요소이며, 블랙홀의 사건의 지평선에서 아주 가깝게 작용하는 모습을 볼 수있는 것은 이번이 처음입니다." 라고 덧붙였습니다.

사건의 지평선은 블랙홀의 한계를 표시하는 경계로 정의되며, 이는 빛을 포함하여 그 어떤 것도 그 임계값을 넘어서 빠져 나갈 수 없음을 의미합니다.

블랙홀 주변의 가스는 중력으로 인해 거의 빛의 속도에 가까울정도로 엄청나게 빠르게 움직이고 있으며 이 속도는 가스를 수십억도까지 가열하여 원자가 분리되어 느슨한 전자와 양성자의 플라즈마를 형성합니다. 매우 빠르게 움직이는 이 하전 입자는 전자기력을 생성한다고 Issaoun은 설명했습니다.

생성된 자기장은 가스가 어떻게 이동하는지, 얼마나 난류인지, 얼마나 많은 가스가 블랙홀에 도달 할 수 있는지, 그리고 유출 또는 제트에서 거의 빛의 속도로 얼마나 많이 날아가는 지에 영향을 미친다고 합니다.

 Issaoun는 또 "이 플라즈마 제트의 발생은 전체 우주에서 가장 강력하고 에너지가 넘치는 과정이며 우리가 여전히 풀어야 할 숙제입니다. 우리는 자기장이 이 과정을 만들고 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다고 믿습니다." 라고 말했습니다.

편광된 이미지에서 천문학자들은 자기장이 블랙홀 가장자리에 활발하게 형성되어 블랙홀 주위로 끌리는 가스의 움직임에 저항하고 있다는것을 의미하며 이것은 블랙홀 가장자리의 자기장이 뜨거운 가스가 중력에 저항할 수 있도록 충분히 강하다는 것이라고 말했습니다.

공동 연구원은 "이런 엄청 강력한 자기장은 가장 강력한 제트를 발사 할 수 있으며, 그 존재는 블랙홀이 성장하는 방식에 중요한 영향을 미칠 것입니다." 라고 말했습니다.

국제 공동 연구진은 추가 정밀 관측을 진행해 블랙홀 주변의 자기장 구조와 물질을 분석하고 블랙홀과 제트 현상의 형성에 대한 새로운 가설을 세워 증명할 계획이라고 합니다.