기초과학융합연구소

블랙홀과 우리 은하의 볼 수 없는 비밀 (2020년 노벨물리학상)

초록:

블랙홀은 밀도가 너무커서 탈출 속도가 광속을 넘는 천체이다. 1916년 칼 슈바르츠실트가 블랙홀의 존재를 수식으로 보여준 이후, 블랙홀은 사람들의 상상과 호기심을 자극하는 천체가 되었다. 블랙홀은 별이 죽어서 생기는 블랙홀과 은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀로 나눌 수 있다. 이러한 블랙홀 형성과 물리적 특성에대해서는 많은 이론적 연구가 있었지만, 관측을 통해 블랙홀을 찾는 것은 쉽지 않았다. 독일 막스플랑크 연구소 겐젤 교수와 UCLS 게즈 교수는 우리은하의 중심에 초대질량 블랙홀이 있다는 관측 증거를 발견하여 2020년 노벨물리학상의 1/2을 받았다. 우주에는 무수히 많은 은하가 다양한 모습으로 존재한다. 어떤 은하의 중심에는 강한 전자기 에너지를 발산하는 활동은하핵이 관측되고 이 에너지의 근원이 초대질량 블랙홀이라고 예상된다. 이러한 활동은하핵은 지금도 천문학에서 가장 많이 연구되는 분야 중의 하나이다. 그런데 우리 은하의 중심에도 약한 활동은하핵이 있다. 그럼 우리 은하의 중심에도 초대질량 블랙홀이 있을까? 우리 은하의 중심에는 두꺼운 성간먼지가 있어서 투과성이 좋은 적외선으로 관측해야한다. 1990년대부터 적외선 관측기기의 기술이 발전하면서 우리 은하의 중심을 자세히 볼 수 있게 되었다. 겐젤 교수와 게즈 교수는 각각 첨단 관측기기를 직접 개발하여 우리 은하 핵 주변의 별 위치를 추적하여 궤도 요소를 찾고 여기에서 핵의 질량과 크기를 구하는 연구를 시작했다. 즉 핵의 밀도를 알면 이것이 단순히 무거운 물질인지, 빛도 빠져나올 수 없는 블랙홀이 있는지 알 수 있게된다. 이 연구는 십년 이상 끈질기게 진행하여 블랙홀의 존재를 밝혔다.