중력렌즈를 이용해 5150광년 떨어져 있는 블랙홀의 관측에 성공

Icarus (MACS J1149 Lensed Star 1). https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Icarus.png

블랙홀은 빛조차 삼켜버리기 때문에 망원경 등으로 직접 관측하는 것은 어려워 중력파나 감마선 버스트 등의 블랙홀의 특징적인 현상을 이용한 관측이 시도되고 있습니다. 그런 가운데 해외 연구팀이 '중력렌즈'라는 현상을 이용하여 지구로부터 약 5150광년 떨어진 위치에 존재하는 블랙홀 관측에 성공했습니다.

[2201.13296] An Isolated Stellar-Mass Black Hole Detected Through Astrometric Microlensing
https://arxiv.org/abs/2201.13296

Rogue black hole spotted on its own for the first time | Space
https://www.space.com/rogue-black-hole-isolated-discovery

Rogue black hole spotted on its own for the first time

지구가 속한 우리은하에는 초신성 폭발로 만들어진 '항성질량 블랙홀'이 수억 개 있다고 추정합니다. 항성질량 블랙홀은 지금까지 여러 개 관측되었는데 이것들은 근접한 위치에 존재하는 중성자별과 같은 천체와의 상호작용을 이용하여 관측했습니다. 주위에 규모 있는 천체가 존재하지 않는 독립적인 블랙홀이 관측된 사례는 없어 연구팀은 독립적인 블랙홀 관측에 착수했습니다.

연구팀은 블랙홀 등 강력한 중력장이 빛을 구부리는 '중력렌즈'라는 현상을 이용해 블랙홀의 관측을 시도했습니다. 중력렌즈는 블랙홀뿐만 아니라 중성자별이나 백색왜성 등의 대규모 천체도 일으키는 현상으로, 중력렌즈로 인해 빛이 구부러진 지점을 지구에서 관측하면 그 지점이 어두워진 것처럼 보입니다. 연구팀의 일원인 카이라스 사프 씨는 블랙홀로 인한 중력렌즈는 장기간에 걸쳐 주위의 밝기에 영향을 준다고 말합니다. 게다가 블랙홀은 다른 대규모 천체와 달리 볼 수 없기 때문에 빛이 장기간에 걸쳐 구부러지고 그 원인을 육안할 수 없는 지점이 있다면 거기에 블랙홀이 존재한다고 추정할 수 있습니다.

연구팀은 허블우주망원경으로 검출된 약 6년분의 중력렌즈 이벤트를 분석했습니다. 그 결과 지구로부터 약 5150광년 떨어진 위치에서 위의 조건에 맞는 중력렌즈 이벤트가 발생하고 있었습니다. 아래 이미지는 발견된 'MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462'라고 불리는 중력렌즈 이벤트의 관측결과를 나타내며, 관측일에 따라 중심 부근의 별의 밝기가 변화하고 있는 것을 알 수 있습니다.

이번에 발견된 블랙홀은 태양의 약 7.1배의 질량을 가지고 시속 16만2000km로 계속 이동하고 있다는 것. 연구팀은 이 블랙홀이 초신성 폭발의 영향으로 만들어졌는데 그 기세로 계속 움직이고 있다고 추측하고 있습니다.

사프 씨는 이번 연구결과를 바탕으로 낸시 그레이스 로만 우주망원경과 NSF 벨라 C 루빈 천문대에 설치된 최신 망원경 등이 향후 독립적인 블랙홀의 관측에 매우 도움이 될 가능성이 있다고 전망합니다.