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EHT 진짜 블랙홀 사진 역사상 최초 공개

EHT (Event Horizon Telescope)에서 발표한 블랙홀과 그림자 사진

위 사진에서 가운데 어두운 부분이 블랙홀이 존재하고 있는곳이며 그 주위의 밝게 빛나는 고리는 물질들이 사건의지평선을 지나 블랙홀로 빨려들어가면서 내는 빛입니다.

사건의지평선(Event Horizon) 이란 블랙홀의 근처로 지나가던 물질이 그어떤 상황에서도 다시는 빠져 나올 수 없게 되는 보이지 않는 영역을 말합니다. 

블랙홀 사진이 공개된 벨기에 브뤼셀의 회의장

국제 협력을 통해 구축된 8 개의 지상 기반 무선 망원경의 행성 규모 배열인 Event Horizon Telescope (EHT)는 국제적 협력을 통해 구축된 8개의 전파망원경을 연결하여 찍은 사진들을 이용하여 만든 블랙홀의 이미지를 공개했습니다.

2019년 4월 10일, 오늘 전 세계의 기자 회견에서 EHT 연구원은 초자연적인 블랙홀과 블랙홀의 그림자의 직접적인 시각적 증거를 발표하면서 성공했다고 밝혔습니다.

사진에서 사건의 지평선(event horizon)의 주변에 빠르게 돌고 있거나 일부는 빨려들어 가고 있는 물질들의 고리가 밝게 빛나는것을 볼 수 있습니다.

발표 전날까지는 우리 은하내에 있는 태양의 400만배의 블랙홀에 대한 것이라는 루머들이 있었으나 발표당일 공개된 블랙홀은 은하 Messier 87에 있는 블랙홀이였습니다.

사진의 이미지는 은하 Messier 87 의 중심에있는 블랙홀을 보여주는데, 이 은하는 처녀자리 은하단 근처에있는 초거대 은하입니다. 이 블랙홀은 지구로부터 약 5천5백만광년 떨어져 있으며, 태양의 65억 배의 질량을 가지고 있습니다.

이번 관측은 2017년 4월부터 시작되어 6개 대륙에서 8개 전파망원경이 참여했습니다. 같은 시각, 서로 다른 망원경을 통해 들어온 블랙홀의 전파신호를 컴퓨터로 통합 분석해 이를 역추적하는 방식으로 블랙홀의 모습을 담은 영상을 얻었습니다.

EHT의 원본 데이터를 최종 영상으로 바꾸는 데 필요한 분석은 독일 막스플랑크 전파천문학연구소(MPIfR)와 미국 매사추세츠공과대 헤이스택 관측소에 위치한 특화된 슈퍼컴퓨터를 활용했습니다.

EHT는 전례없는 감도와 해상도로 지구 크기의 가상 망원경을 형성하기 위해 전 세계의 망원경을 연결했으며 수년간의 국제 협력의 결과이며 과학자들에게 우주에있는 가장 극한의 물체를 연구 할 수있는 새로운 방법을 제시했다고 발표했습니다.

아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예측되었던 블랙홀을 실질적으로 입증한 역사적인 실험이라고 할 수 있습니다.

EHT에서 수집한 적은 데이터로 사진을 찍은 방법에 대한 EHT 연구원의 설명

Event Horizon Telescope (EHT)는 지구 주위에 몇개의 전파망원경을 사용하여 블랙홀에서 빛을 모읍니다. 일단 EHT가 블랙홀로부터의 데이터를 측정 한 후에는 이미징 (imaging)이라 불리는 과정인 이미지를 만들어야합니다. 우리가 수집한 빛은 블랙홀의 구조를 알려줍니다. 그러나 우리는 몇 개의 망원경 위치에서만 빛을 모으기 때문에 블랙홀의 이미지에 대한 정보가 아직 누락되었습니다. 우리가 개발한 이미징 알고리즘은 블랙홀의 그림을 재구성하기 위해 누락된 데이터의 틈을 채웁니다.

누락된 데이터가 많으므로 사진을 만드는 방법이 무엇인지 물을 수 있습니다. 이것이 어떻게 작동하는지에 대한 아이디어를 얻기 위해 우리는 EHT의 망원경으로 측정 한 것에 대해 노래의 음표처럼 생각할 수 있습니다. 망원경의 각 쌍은 단 하나의 음표의 음색에 해당하는 측정을 생성합니다. 청취되는 음색은 블랙홀의 방향에서 볼 때 망원경 사이의 투영 거리와 관련이 있습니다. 망원경을 멀리 떨어 뜨릴수록 음의 높이가 높아집니다.

EHT로 블랙홀을 보는 것은 깨진 키가 많은 피아노에서 연주되는 노래를 듣는 것과 조금 다릅니다. 우리가 지구상의 모든 곳에 망원경을 가지고 있다면, 가능한 모든 음을들을 수 있기 때문에 노래의 완벽한 연출을들을 수 있습니다. 그러나 우리는 단지 몇 군데에만 망원경을 가지고 있기 때문에 몇 개의 음표로 연주되는 노래를 알아야합니다. 이런 방식으로 노래를 듣는 것이 분명 완벽하지는 않지만 종종 따라야 할 충분한 정보가 있습니다.

EHT의 경우 우리가 취하는 데이터는 우리가 측정 한 데이터와 완벽하게 일치하는 무한한 수의 이미지가 있기 때문에 이야기의 일부만을 알려줍니다. 그러나 모든 이미지가 평등하게 만들어지는 것은 아닙니다.  최상의 이미지를 선택하기 위해, 우리는 본질적으로 망원경 측정을 설명하는 무한한 이미지를 모두 가져 와서 얼마나 합리적인지를 평가합니다. 그런 다음 가장 합리적인 것처럼 보이는 이미지 (또는 일련의 이미지)를 선택합니다.

이 알고리즘을 사용하여 우리는 EHT로 측정된 매우 희박한 측정 값으로 그림을 재구성 할 수 있습니다. 아래는 전 세계에 위치한 7 개의 망원경으로 생성 된 시뮬레이션 데이터를 사용하여 수행 한 샘플 재구성이며 우리 은하계의 중심에있는 블랙홀을 가리키는 것으로 가장합니다. 이것은 단지 시뮬레이션 일 뿐이지만 이와 같은 재구성은 우리가 곧 블랙홀의 첫 번째 사진을 안정적으로 찍을 수있을 것이라는 희망을 안겨줍니다.