인류 첫 발견 블랙홀, 예측보다 1.5배 질량 크다

1964년 인류가 처음으로 발견한 블랙홀인 백조자리 X-1(Cygnus X-1)은 지금까지 믿던 것보다 훨씬 거대하다는 연구 결과가 발표됐다. 이에 따라 천문학자들은 블랙홀 형성과 성장 방법에 대해 재고해야 할지도 모른다.

연속 성계를 이루고 있는 X-1은 지금까지 15태양질량(Solar mass) 그러니까 태양 15개 분량 질량으로 여겨졌다. 하지만 하와이에서 푸에르토리코간 미국 전역에 설치된 안테나로 이뤄진 초장기선 전파 간섭계 VLBA를 이용한 6일간 관측 결과 블랙홀은 21태양질량을 갖고 있다는 것. 그 뿐 아니라 지구에서 X-1까지 거리도 지금까지 알려진 6,000광년이 아니라 7,200광년이 조금 넘을 정도로 멀다고 한다.

은하 중심에 있다는 초대형 질량 블랙홀이 수백만에서 수십억 태양질량이라는 걸 감안할 때 항성 질량 블랙홀인 X-1 크기 등은 우주에선 별 것 아닐 수 있다. 하지만 X-1이 15태양질량이 아니라 21태양질량이라면 블랙홀 형성 당시 잃어버린 별 질량 추정치도 다시 생각해야 한다.

블랙홀 질량은 주로 블랙홀이 된 원래 별 크기와 태양풍 형태로 손실되는 질량 양에 따라 달라진다. 더 고온에서 밝게 빛나는 별은 더 무겁고 더 항성풍을 생성하는 경향이 된다. 따라서 별 질량이 클수록 붕괴 전과 붕괴 과정 중 항성풍에 의해 질량 손실이 쉬워 블랙홀이 발생하는 전파가 강해진다.

하지만 보통 우리 은하 항성풍 강도는 원래 별 크기에 관계없이 생성되는 블랙홀 질량을 15태양질량 이하에 그치는 정도로 생각했다. 새로운 발견은 이런 인식을 뒤집는 것이다.

연구팀은 블랙홀을 너무 무겁게 하려면 밝은 별 일생에 손실될 질량을 줄일 필요가 있다고 밝히고 있다. 새로운 블랙홀 질량과 지구까지의 거리를 사용해 계산한 결과 백조자리 X-1이 엄청나게 빠른 속도에 가까울수록 속도로 회전하고 있는 걸 확인할 수 있었다고 한다. 이는 지금까지 발견된 다른 블랙홀보다 빠른 것이다.

연구팀은 앞으로도 X-1 관측을 계속할 계획이다. 호주와 남아프리카공화국에 건설을 예정 중인 SKA(Square Kilometer Array)가 가동되면 이를 사용한 관찰로 X-1과 기타 블랙홀 관측으로 자세한 걸 알 수 있을 것으로 예상하고 있다. 은하수는 1,000만에서 10억 블랙홀이 존재할 가능성이 있으며 이 중 적어도 일부를 연구하는 것으로 수수께끼를 해명할 수 있을지도 모른다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.