지구에서 가장 가까운 블랙홀은 어디에 있을까? 지구에서 가장 가까운 블랙홀로 알려진 1천560광년 밖 '가이아 BH1'(Gaia BH1)보다 훨씬 가까운 '히아데스성단'(Hyades cluster)에 소형 블랙홀들이 존재할 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다.

이탈리아 파도바대학 스테파노 토르니아멘티 박사가 이끄는 국제 연구팀은 '영국 왕립천문학회 월보'(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에서 태양계에서 가장 가까운 개방형 성단인 150광년 밖 히아데스성단에 블랙홀이 여러 개 있을 수 있다는 단서를 찾았다며 이는 지구에서 가장 가까운 블랙홀이 될 수 있다고 밝혔다.

▲ 히아데스성단.

태양보다 훨씬 큰 별이 초신성 폭발로 최후를 맞은 후 수축해 만들어지는 블랙홀은 우주에서 가장 신비롭고 매혹적인 현상 중 하나로 천문학자들의 주요 연구 대상이 돼왔다. 현재 알려진 지구에서 가장 가까운 블랙홀은 뱀주인자리(Ophiuchus)에 있는 가이아 BH1으로 태양계와 거리는 약 1천560광년(478파섹·parsec = 3.259광년)이다.

특히 크기가 작은 블랙홀은 중력파(gravitational wave) 검출 과정에서 관측된 이후 과학자들의 큰 관심을 끌고 있다. 과학자들은 2015년 처음으로 중력파가 검출된 후 저질량 블랙홀 쌍이 합쳐지는 현상을 다수 관측했다.

연구팀은 이 연구에서 태양으로부터 45파섹(150광년) 떨어진 곳에 있는 히아데스성단 모든 별의 움직임과 진화를 추적하는 시뮬레이션을 사용해 별들의 현재 상태를 재현했다. 히아데스성단 같은 개방형 성단은 나이와 화학적 특성 등 특정 성질을 공유하는 수백 개의 별들로 느슨하게 묶인 그룹이다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 얻은 결과를 유럽우주기구(ESA)의 가이아 위성 관측을 통해 정확하게 측정한 성단 내 별들의 실제 위치 및 운동 속도와 비교했다. 2013년 발사된 가이아 우주 망원경은 지구에서 약 150만㎞ 떨어진 제2 라그랑주점(L2) 궤도에서 우주 관측 임무를 수행하고 있다.

시뮬레이션 결과 히아데스성단 안에 현재 2~3개의 소형 블랙홀이 있을 경우 히아데스성단 별들의 현재 상태와 가장 정확하게 일치하는 것으로 나타났다. 또 성단 내에 블랙홀이 존재하다가 성단 진화 과정에서 과거 1억5천만년 이내에 성단 밖으로 방출된 경우도 히아데스성단의 현재 상태와 매우 유사한 것으로 밝혀졌다.

토르니아멘티 박사는 "이 시뮬레이션 결과는 현재 또는 최근까지 블랙홀이 히아데스성단 중심에 존재해야만 성단이 현재와 같은 질량과 크기, 별들의 상태를 나타낼 수 있다는 것을 보여준다"고 말했다.

이어 "이 결과는 블랙홀이 히아데스성단 내에 여전히 존재하거나 성단과 매우 가까운 곳에 있음을 시사한다"며 "이것이 확인되면 히아데스성단 블랙홀은 가이아 BH1보다 태양계에서 훨씬 더 가까운 블랙홀이 된다"고 덧붙였다.

공동연구자인 스페인 바르셀로나대학 마크 질레스 교수는 "이 연구 결과는 블랙홀의 존재가 성단 진화에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 성단이 중력파 방출원에 어떻게 기여하는지 이해하는 데 도움이 된다"며 "이를 통해 블랙홀이라는 신비한 천체가 은하계 전제에 어떻게 분포돼 있는지에 대한 통찰력도 얻을 수 있을 것"이라고 말했다.

◆ 논문 출처 : Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 524, Issue 2, September 2023, Pages 1965–1986, https://doi.org/10.1093/mnras/stad1925

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