우리은하를 향해 ‘폭주하는 별’, 괴물 블랙홀 존재의 증거일까 [아하! 우주]

우리은하는 지름 10만 광년에 이르는 대형 은하로 주변에 수십 개의 위성 은하가 있다. 이 중 가장 큰 것은 대마젤란은하로 지름 3만 광년에 달하는 중형 은하다. 대마젤란은하는 외부 은하 가운데서 비교적 가까운 16.4만 광년 거리에 있어 많은 관측이 이뤄졌다.

과학자들은 대마젤란은하에서 태양 질량의 100배가 넘는 초거성과 수많은 구상성단, 산개성단을 발견했다. 하지만 대마젤란은하의 중심부에 있을 것으로 예상되는 거대 질량 블랙홀을 포착하지는 못했다.


은하계 중심은 은하계에서 가장 많은 물질이 모이는 장소이기 때문에 태양 질량의 수백만 배에 달하는 초거대 질량 블랙홀이 탄생한다. 우리은하도 예외가 아니라서 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대한 블랙홀이 있다. 따라서 대마젤란은하 중심에도 이보다 작더라도 분명히 거대한 질량을 지닌 블랙홀이 있을 것으로 생각되어 왔다.

최근 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 제시 한이 이끄는 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 데이터를 통해 빠르게 움직이는 초고속별(hypervelocity star·HVS)을 연구하다 우연히 대마젤란은하 중심 블랙홀에 대한 결정적 증거를 찾아냈다.

초고속별은 이동 속도가 너무 빨라 은하계의 중력을 이기고 탈출할 수 있는 별로 속도가 1초에 1000㎞를 넘는 경우도 있다. 그런데 연구팀이 조사한 초고속 별 21개 가운데 절반 정도는 우리은하를 탈출하는 것이 아니라 반대로 대마젤란은하에서 우리 쪽으로 진입하는 은하였다. 그것도 모두 같은 방향에서 날아오는 중이었다.



이런 일이 생길 수 있는 모든 시나리오를 검토한 끝에 연구팀은 대마젤란은하 중심에 태양 질량의 60만 배 정도 되는 거대 블랙홀이 쌍성계 중 하나를 집어삼키는 과정에서 나머지 하나를 우리은하계 방향으로 튕겨 낸 것이라는 결론을 얻었다.

초고속 별은 두 개의 별이 서로를 공전하다가 다른 하나가 초신성 폭발을 일으키면서 나머지가 튕겨 나가거나, 거대 질량 블랙홀에 동반성이 잡아 먹히는 과정에서 쌍성계의 나머지 별이 튕겨 나가면서 생긴다. 한 방향에서 초신성이 여러 개 생기긴 어렵기 때문에 블랙홀 쪽이 더 가능성 높은 설명이 되는 것이다.

대마젤란은하는 앞으로 20억년 후에 우리은하와 완전히 충돌해 흡수될 가능성이 높은 은하다. 따라서 이 과정에서 우리은하 안으로 진입한 거대 질량 블랙홀은 우리은하의 미래에 적지 않은 영향을 미칠 수 있다. 그리고 결국 우리은하 중심 블랙홀과 합체되어 더 거대한 은하 중심 블랙홀을 만들 수 있다. 과학자들은 우리은하와 대마젤란은하의 미래를 알아내기 위해 새로 발견된 대마젤란은하 중심 블랙홀에 대한 연구를 계속 진행해 나갈 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com