정용환 기자
블랙홀은 초신성 폭발로 형성된 항성 질량형 그러니까 태양보다 5배에서 수십 배 미만 질량이거나 은하 중심에 있는 태양보다 10만배 이상인 초대 질량형 2가지 종류가 존재한다고 여겨져 왔다. 이 2종류 중간 질량을 갖는 건 확인할 수 없었다.
그런데 얼마 전 미국과 유럽 중력파 검출기(LIGO, Virgo)가 협업을 통해 중간 질량 블랙홀이 탄생할 때 발생한 것으로 보이는 중력파 GW190521에 대한 연구 결과를 보고했다.
이 중력파는 상당히 미약했지만 연구팀은 이 신호가 블랙혹 2개가 충돌해 발생한 걸 확인할 수 있었다고 밝혔다. 충돌한 블랙홀 질량은 태양보다 85배, 65배가 충돌했을 때 태양 8개 정도에 상당하는 에너지를 방출해 142개 태양 질량 1개 블랙홀을 형성한 모습을 관측한 것이다.
별 나이와 진화 관계에서 질량이 태양 60배를 넘는 별은 말기가 되면 자신의 무게를 견딜 수 없게 되어 중력 붕괴를 일으킨다. 이 때 질량으로 인해 이번 중력파 바탕이 된 블랙홀 2개는 일반적으로 존재할 수 없는 크기라고 생각되어 왔다.
연구팀은 가능한 설로 이번 현상이 블랙홀의 계층적 합체 일례가 아닐까 보고 있다. 충돌 이전 블랙홀은 이미 어디선가 다른 블랙홀과 합체해 생긴 것으로 이들은 서로 가까운 곳에 있었다고 보는 것이다.
중간 질량 블랙홀 형성에는 여러 의견도 있다. 예를 들어 두꺼운 가스와 먼지로 형성되는 원반에 포함된 항성 질량 블랙홀이 이들을 흡수하고 다른 천체를 삼켜 형성된 이른과 빅뱅 당시 조밀한 가스에서 태어난 태양보다 1만배 이상 질량을 가진 거대한 별이 블랙홀이 됐다는 설 등이다.
하지만 이번 경우는 계층적 합체설이 유력한 것으로 보인다. 한 전문가는 중간 질량 블랙홀 형성 과정은 항성 질량 블랙홀과 초대 질량 블랙홀 탄생 과정 발생보다 500배나 적다고 말한다. 이런 블핵홀을 형성할 가능성이 있는 모든 시나리오를 따져도 결정적 설명은 아직 찾을 수 없다는 것. 어쨌든 중간 질량 블랙홀 형성은 드문 과정이며 이런 블랙홀이 태어나는 과정을 알려면 더 많은 발견이 필요하다는 의견이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이석원 기자
이원영 기자
