HR 6819 : 지구에서 가장 가까운 블랙홀이 발견된 다중천체계

 

Credit: ESO/L. Calcada

그림 1>
이 그림은 삼중천체계 HR 6819를 구성하는 천체들의 궤도를 그린 상상화이다. 
이 삼중천체계는 하나의 별과 이번에 새로 발견된 블랙홀(붉은색 선)으로 구성된 안쪽 이중천체계와 이들을 넓은 궤도로 둘러싸고 있는 또 하나의 별로 구성되어 있다. 
연구팀은 이곳을 두 개의 별로 구성된 이중별계로 생각했었다. 
하지만 관측 데이터를 분석하자 세 번째 천체가 그 모습을 드러냈다. 
바로 그 세 번째 천체가 블랙홀이었던 것이다. 
이 블랙홀은 지금까지 발견된 블랙홀로는 지구에서 가장 가까운 블랙홀이다. 
블랙홀은 눈에는 보이지 않지만 중력을 통해 그 존재를 드러낸다. 
HR 6819에서 블랙홀은 중력을 행사하여 밝게 빛나는 안쪽 별의 궤도를 유지시키고 있다. 
안쪽 한 쌍의 천체는 대략 비슷한 질량에 원형 궤도를 가지고 있다. 
ESO 2.2미터 망원경에 부착된 FEROS 분광기의 수집 데이터에 따르면 안쪽 별은 블랙홀 주위를 40일을 주기로 공전하고 있다. 
두 번째 별은 이 한 쌍의 안쪽 천체들로부터 멀리 떨어져 있다.

 

 

ESO를 비롯한 여러 연구소의 천문학자들로 구성된 연구팀이 지구로부터 1,000 광년 거리에 있는 블랙홀을 발견했다. 
이 블랙홀은 지금까지 발견된 블랙홀 중 가장 가까운 블랙홀이며 맨눈으로도 볼 수 있는 삼중천체계의 일원을 구성하고 있다. 
이번 발견은 라실라 천문대의 2.2미터 MPG/ESO 망원경을 이용하여 이중별을 관측하던 중 이루어졌다. 
연구팀은 이번에 발견된 다중천체계가 빙산의 일각일 수도 있다고 말했다. 
향후에는 이와 유사한 체계를 이루는 블랙홀들이 훨씬 더 많이 발견될 수도 있다는 것이다. 

이번 논문의 공동저자인 체코과학아카데미의 명예회원인 피터 하드라바(Petr Hadrava)는 맨눈으로도 볼 수 있는 다중별계에 블랙홀이 함께 존재한다는 사실을 알고 정말 놀라지 않을 수 없었다고 말했다. 
망원경자리에 위치하는 이 다중별계는 그 거리가 대단히 가까워서 남반구에서는 청명한 밤하늘이라면 쌍안경이나 망원경의 도움 없이도 볼 수 있다. 

이번 발견을 담은 논문은 2020년 5월 6일 아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)에 개재되었다.

이번 연구를 이끈 토마스 리비니우스(Thomas Rivinius)는 이 다중천체계에 있는 블랙홀이 지금까지 발견된 블랙홀로는 지구로부터 가장 가까운 블랙홀이라고 말했다. 
연구팀은 원래 이중별계에 대한 연구의 일환으로 HR 6819라는 이름의 이중별계를 관측했다. 
하지만 관측 데이터에 대한 분석을 진행할수록 이곳에 세 번째 천체가 있을 수밖에 없다는 사실을 알고 어리둥절했다고 한다. 
바로 이로부터 HR 6819에서 전혀 알려지지 않았던 블랙홀이 발견된 것이다. 

MPG/ESO 2.2미터 망원경에 장착된 FEROS 분광기의 데이터에 따르면 두 개의 별 중 하나가 눈에 보이지 않는 천체를 40일 주기로 공전하고 있으며 두 번째 별은 이 두 개의 천체를 훨씬 더 먼 거리에서 돌고 있다. 

이번 논문의 공동저자인 ESO 명예천문학자 디트리히 바데( Dietrich Baade)의 소감은 다음과 같다. 
"40일이라는 공전주기는 여러 달에 걸친 관측으로 결정할 수 있었습니다.  

ESO의 관측 설비를 필요로 하는 모든 과학자들을 대신하여 선도적인 관측 설비를 운용하고 제공해 주시는 모든 ESO 스태프에게 감사를 드립니다."

HR 6819에 도사리고 있는 블랙홀은 자신의 주변과 파괴적인 상호작용을 하지는 않는, 딱 별 수준의 질량을 가진 블랙홀이다. 
연구팀은 이 블랙홀 주위를 돌고 있는 별의 궤도를 분석하여 블랙홀의 존재와 질량을 계산할 수 있었다. 

리비니우스는 이 눈에 보이지 않는 천체의 질량은 태양 질량의 최소 4배 이상이며, 이 정도 질량의 천체는 블랙홀일 수밖에 없다고 말했다. 

천문학자들이 우리은하 미리내에서 지금까지 발견한 블랙홀은 24개 밖에 되지 않는다. 
이들은 모두 주변과 강력한 상호작용을 겪고 있으며 이 상호작용 와중에 강력한 X선을 복사함으로써 자신의 존재를 드러내고 있다. 
하지만 과학자들은 우리 은하 미리내에 미리내 자체의 수명을 넘어서는, 별의 붕괴로 생성된 블랙홀들이 훨씬 더 많이 있을 것으로 예측하고 있다.  
HR 6819에서의 블랙홀의 발견은 이처럼 많은 블랙홀들이 과연 어떤 형태로 자신의 존재를 감추고 있을지에 대한 단서를 제공해주고 있다. 

 

리비니우스의 설명은 다음과 같다.
"사실 우리 은하에는 수억 개의 블랙홀이 있을 것입니다. 
우리가 알고 있는 것은 그 중 극히 일부에 지나지 않죠. 
우리가 찾는 것이 무엇인지를 아는 것이야말로, 블랙홀은 찾는데 훨씬 더 진전된 자리매김을 해 줄 수 있을 것입니다."
 
바데는 대단히 가까운 거리의 삼중천체계에서 발견한 블랙홀은, 우리가 보는 것이 그저 빙산의 일각에 지나지 않음을 말해주는 것이라고 덧붙였다. 

 

천문학자들은 이미 블랙홀이 포함된 다중천체계를 또 하나 발견했을 것으로 생각하고 있다. 
이번 논문의 공동저자인 ESO 박사후과정 연구원 마리안느 하이다(Marianne Heida)의 설명은 다음과 같다.
"좀더 관측이 필요하긴 하지만, LB-1이라 부르는 또다른 다중별계 역시 블랙홀을 품은 다중천체계가 아닐까 생각하고 있습니다.  
LB-1은 HR 6819보다는 약간 더 멀지만 천문학적 기준으로는 여전히 아주 가까운 거리에 있는 다중별계입니다. 
만약 LB-1 역시 블랙홀을 품고 있다면 이와 같은 유형의 다중천체계는 훨씬 많을 수 있다는 의미가 되죠. 
이들을 발견하고 연구함으로써, 태양보다도 8배나 무거운 몸집으로 삶을 시작하고  초신성 폭발 후에는 블랙홀을 남기는 이 독특한 별들의 생성과 진화에 대해 보다 많은 것을 알 수 있게 될 것입니다. "
 
안쪽을 구성하는 별과 블랙홀, 그리고 이들을 먼 거리에서 공전하는 삼중천체의 발견은 지구에서 충분히 감지할만큼 강력한 중력파를 발생시키는 강력한 우주의 충돌에 대한 단서 역시 제공해 줄 수 있을 것이다. 

 

천문학자들은 HR 6819나 LB-1과 동일한 구성을 가진 다중전체계에서 충돌사건이 발생할 수 있다고 생각하고 있다. 
다만 그러기 위해서 안쪽 다중천체계는 두 개의 블랙홀로 구성되어 있거나 블랙홀과 중성자 별로 구성되어 있어야 한다. 
외곽 천체 역시 안쪽에 있는 이중 천체에 중력적 영향을 줄 수 있고, 이것이 안쪽 이중 천체의 충돌과 중력파의 방출을 촉발시킬 수도 있다.  

 

비록 HR 6819와 LB-1은 블랙홀과 중성자 별이 아닌 별로 구성되어 있지만, 이 다중천체계는 천문학자들로 하여금 삼중천체계에서 어떻게 별들이 충돌할 수 있는지를 이해하는데 도움을 줄 것이다. 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

표1>
이 별지도에는 망원경자리에 있는 HR 6819의 위치가 표시되어 있다.  
별지도 상의 별들은 조건이 괜찮은 날에는 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다.  
HR 6819의 위치가 붉은색 원으로 표시되어 있다.  
남반구에서 맑은 밤이라면 쌍안경이나 망원경의 도움 없이 HR 6819의 두 개 별을 볼 수 있다. 물론 블랙홀은 보이지 않는다. 

 

 

Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

사진 1>
이 사진에는 HR 6819가 있는 망원경자리의 하늘이 담겨 있다.  
HR 6819는 두 개의 별과 하나의 블랙홀로 구성되어 있는 삼중천체계이다.  
이 사진은 디지털촬영을 이용한 온하늘탐사2(the Digitized Sky Survey 2)의 일환으로 촬영되었다.  

 

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2020년 5월 6일자 

        https://www.eso.org/public/news/eso2007/

 

블로그쥔장 주 : HR 6819는 최종적으로 블랙홀이 아닌 것으로 밝혀졌습니다. 

자세한 내용은 2022년 3월 2일 발표된 아래 뉴스를 참고하세요.

https://big-crunch.tistory.com/12350062

 

참고 : 블랙홀에 대한 다양한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
         https://big-crunch.tistory.com/12346986