경북대 조일제 교수 참여 국제연구팀, 블랙홀 제트 생성 원리 규명 단서 찾았다

지구시스템과학부 조일제 교수 참여 국제연구팀
X선 위성·전파망원경 활용해 블랙홀 주변 정밀 관측
물질 빨아들이는 원반 안쪽 '초고온 영역' 확인

경북대학교 연구진이 참여한 국제공동연구팀이 블랙홀이 주변 물질을 빠르게 빨아들이면서도 빛의 속도에 가까운 초고속 에너지 흐름인 '제트'를 방출하는 원리를 이해할 수 있는 단서를 찾아냈다.

경북대는 지구시스템과학부 조일제 교수가 참여한 국제공동연구팀이 활동성은하핵 '3C120'에 대한 X선 및 전파 관측을 통해 블랙홀 주변 물질의 흐름과 제트 생성 영역 사이의 연결 구조를 확인했다고 20일 밝혔다.

이번 연구에는 일본 도호쿠대 노다 히로후미 부교수와 나고야시립대 하다 카즈히로 부교수 등이 참여했다.

일부 은하 중심의 초대질량 블랙홀은 주변 물질을 끌어들이는 동시에 빛의 속도에 가까운 플라스마 흐름인 '상대론적 제트'를 방출한다. 그러나 물질을 빠르게 흡수하는 블랙홀에서는 차갑고 얇은 강착원반이 형성돼 제트 생성을 억제할 것으로 예상돼 왔다. 강착원반은 블랙홀 주변의 물질이 회전하면서 안쪽으로 끌려 들어가는 구조다.

연구팀은 이러한 현상을 규명하기 위해 우주 X선 관측위성 'XRISM'과 전 세계 전파망원경을 연결하는 국제 초장기선 전파간섭계(VLBI) 네트워크를 활용했다.

관측 결과, 차갑고 얇은 강착원반은 블랙홀 반지름의 약 20배 거리에서 끝나고, 그 안쪽에는 온도가 수억 도에 이르는 '고온 강착 흐름'이 형성된 것으로 분석됐다. 고해상도 전파 관측에서는 제트가 시작되는 영역이 이러한 고온 강착 흐름과 직접 연결돼 있다는 사실도 확인했다.

이는 물질을 빠르게 흡수하는 초대질량 블랙홀에서도 강착원반 안쪽이 고온 상태로 전환되면 강력한 제트가 생성될 수 있는 환경이 마련된다는 점을 보여준다. 연구팀은 이번 관측 결과가 블랙홀의 회전 에너지가 제트 형성에 활용되는 과정을 이해하는 데 중요한 단서가 될 것으로 보고 있다.

연구에 공동저자로 참여한 조일제 교수는 "차세대 X선 관측시설과 전 세계 전파망원경 네트워크를 연계한 공동관측을 확대하고 정밀 수치 시뮬레이션과 비교한다면 블랙홀 주변의 물질 유입과 제트 생성 과정을 더욱 종합적으로 이해할 수 있을 것"이라고 말했다.

이어 "이번 연구는 초대질량 블랙홀이 활발하게 성장하고 제트를 방출했던 시기에 은하와 블랙홀이 서로 어떤 영향을 주고받으며 진화했는지 규명하는 데에도 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다"고 덧붙였다.