초기 우주의 한 은하에 존재하는 거대 블랙홀 3개를 표현한 상상도. (사진=막스플랑크연구소 홈페이지 캡처)

최근접 때 빛의 8.3%·여객기 10만배 속도

8.7년마다 우리은하 중심 블랙홀 한 바퀴

궤도 추적해 블랙홀 회전 직접 측정 기대

[뉴시스] 우리은하 중심의 초거대 블랙홀을 돌며 최근접점에서 최고 초속 약 2만5000㎞에 이르는 별의 존재가 확인됐다. 이는 현재까지 속도가 확인된 우리은하 별 가운데 최고 기록으로, 빛의 속도의 약 8.3%, 일반 여객기의 약 10만 배에 해당한다.

AP통신은 19일 독일 막스플랑크 외계물리학연구소(MPE)가 참여한 국제 공동연구팀이 국제학술지 네이처(Nature)에 발표한 연구 결과를 인용해 이같이 보도했다. 연구팀은 이 별을 ‘S301’로 명명했다.

연구팀은 유럽남방천문대(ESO)가 칠레 아타카마 사막에서 운용하는 초거대망원경으로 수집한 데이터에서 2023년 봄 S301을 처음 식별했다. 이어 2017·2021년 기존 자료에서 S301의 흔적을 찾아내고 2024~2025년 추가 관측을 실시해 궤도를 계산했다.

S301은 태양 약 430만 개와 맞먹는 질량을 지닌 우리은하 중심의 초거대 블랙홀 ‘궁수자리 A*’를 8.7년마다 한 바퀴 돈다. 블랙홀에 가장 가까워질 때의 거리는 지구와 태양 거리의 약 12배인 18억㎞로, 토성 궤도보다 조금 먼 정도다. 최근접 거리는 그동안 연구진이 블랙홀 주변에서 집중적으로 관측해온 별 S2의 약 10분의 1이다.

S301은 매우 길쭉한 타원 궤도를 돌며 블랙홀에 가까워질수록 강한 중력으로 가속된다. 하지만 충분한 공전 속도를 유지하고, 가장 가까워져도 빛조차 빠져나올 수 없는 경계인 사건의 지평선 밖을 지나기 때문에 블랙홀 안으로 들어가지는 않는다.

이처럼 블랙홀 가까이 도는 별은 블랙홀의 성질을 알아내는 단서가 된다. 궁수자리 A* 주변에는 이 블랙홀의 중력에 붙잡혀 가까이 도는 별이 수백 개 있으며, 이 가운데 약 50개의 궤도가 파악됐다. 블랙홀 자체는 빛을 내지 않기 때문에 과학자들은 주변 별과 가스의 움직임을 통해 질량과 회전 속도 같은 성질을 추정한다.

일반상대성이론은 블랙홀이 회전하면 주변 시공간도 함께 끌려 돌아가 가까이 도는 별의 궤도가 조금씩 비틀릴 것으로 예측한다. S301은 지금까지 궤도가 확인된 다른 별들보다 블랙홀에 훨씬 가까이 접근한다. 연구팀은 이 별의 궤도 변화를 추적하면 앞으로 약 10년 안에 회전하는 블랙홀이 주변 시공간을 끌고 가는 효과를 포착하고 궁수자리 A*의 회전 속도를 직접 측정할 가능성이 있다고 내다봤다.

이번 연구에 참여하지 않은 캘리포니아대 로스앤젤레스 캠퍼스(UCLA)의 투안 도 천문학자는 S301이 끝이 아닐 수 있다고 봤다. 그는 “이번 발견은 빙산의 일각”이라며 “더 희미한 별까지 탐지할 수 있게 되면 S301과 비슷한 별이 더 많이 발견될 것”이라고 말했다.