[CBC뉴스] 국제 연구진이 빅뱅 이후 약 6억6천만 년이 지난 초기 우주에서 기존에 알려지지 않은 유형의 천체 '블랙홀 별'(MoM-BH*-1)을 포착했다.
미국 매사추세츠공대(MIT) 로한 나이두 박사가 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 활용해 이 천체를 관측했다고 밝혔다. MoM-BH*-1은 근적외선 카메라 영상에서 극도로 밝고 붉은 점으로 나타났으며, 중심에는 태양 질량의 약 100만~1천만 배에 달하는 블랙홀이 존재하는 것으로 분석됐다. 이 블랙홀은 태양계 규모에 해당하는 초고밀도 수소 가스층에 둘러싸여 있다.
관측 결과, MoM-BH*-1이 방출하는 에너지는 기존 별이 생성할 수 있는 양보다 1천억 배나 많아 초대질량 블랙홀의 특성과 유사하다. 또한, 분광 관측에서는 3~4㎛ 부근에서 빛의 세기가 20배 이상 급격히 감소하는 강한 '발머 단절'이 확인됐다. 이 현상은 젊은 별이나 별 집단에서도 나타나지만, MoM-BH*-1에서 관측된 수준은 별만으로는 설명이 어려웠다.
연구진은 다양한 분광합성 모형을 시뮬레이션해, 중심에 대형 블랙홀이 있고 이를 극도로 밀도가 높은 난류성 수소 가스가 감싸고 있을 때 관측 결과와 가장 잘 일치한다는 결론을 내렸다. 이때 수소 입자 밀도는 1㎤당 약 1천억 개, 난류 속도는 초속 약 500㎞, 가스층 규모는 약 10~100천문단위(AU)로 추정됐다. 이러한 구조는 블랙홀에서 방출된 복사 에너지가 두꺼운 수소 가스층을 통과하면서 독특한 붉은 색과 강한 발머 단절을 만들어낸 것으로 해석됐다.
MoM-BH*-1은 탐사 프로그램 이름을 따 명명됐으며, 연구팀은 이 천체를 '블랙홀 별'로 부르고 있다. 이는 초기 우주에서 고밀도 가스에 둘러싸인 채 급격히 성장하는 블랙홀일 가능성을 시사한다. 연구진은 이 발견이 제임스 웹 우주망원경이 포착한 '작은 붉은 점'(little red dots)의 정체를 밝히는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대했다.
로한 나이두 박사는 "이 작은 붉은 점들은 초기 우주 어디에나 있는 것처럼 보이지만 현재 우주에서는 사실상 사라졌다"고 설명했다. 이어 "모든 작은 붉은 점들이 일반적인 초기 은하의 블랙홀 별이라고 가정하면 설명이 가능하다"며, MoM-BH*-1의 경우 주변 모은하보다 훨씬 밝아 순수한 블랙홀 별의 빛을 관측할 수 있었던 점이 특별하다고 강조했다.
◆ 출처 : Nature, Rohan Naidu et al., 'A Gas Enshrouded and Gas Reddened Black Hole at Cosmic Dawn'
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▮ CBC뉴스ㅣCBCNEWS 하영수 기자
