[인사이트코리아 = 안득수 기자]

지금까지 실제 모습은 구체적으로 밝혀지지 않은채 이론으로만 제기됐던 '블랙홀'(Black hole)의 실제 모습이 포착돼 네티즌들의 관심이 쏟아지며 실시간 검색어를 장식하고 있다.

이벤트 호라이즌 망원경(EHT·Event Horizon Telescope) 프로젝트 연구진은 10일 전파망원경 8개로 구성된 EHT를 통해 처녀자리 은하단 중심부에 있는 'M87' 거대은하 가운데에 있는 '초대질량 블랙홀'을 관측하는데 성공했다고 밝혔다.

'EHT'는 블랙홀을 포착하기 위해 전세계 곳곳에 있는 전파망원경을 마치 하나의 망원경처럼 연결하는 가상 망원경을 만드는 프로젝트이자 가상 망원경의 이름이다. 이 가상 망원경의 크기는 지구만하다. 이 프로젝트에는 전세계 34곳의 천문대와 대학교가 참여하고 있다.

'이벤트 호라이즌'은 블랙홀에서 탈출이 불가능해지는 경계이자 블랙홀의 안팎을 연결하는 지대를 의미한다. 우리말로는 '사건지평선'이라고 표현한다.

블랙홀은 빛조차 탈출할 수 없을 정도로 빨아들이는 중력이 강력하다. 이벤트 호라이즌 바깥을 지나가는 빛도 휘게 만든다. 그래서 블랙홀 뒤편에 있는 밝은 천체나 블랙홀 주변에서 내뿜는 빛은 왜곡돼 블랙홀 주위를 휘감는다. 왜곡된 빛은 우리가 볼 수 없는 블랙홀을 비춰 블랙홀의 윤곽이 드러나게 하는데 이 윤곽을 '블랙홀의 그림자'라고 한다.

연구진은 지난 2017년 4월5~14일에 6개 대륙에 있는 8개 망원경으로 관측을 시작했다. 그 결과, 서로 다른 망원경을 통해 들어온 블랙홀의 전파신호를 컴퓨터로 종합분석해 이를 역추적하는 방식으로 블랙홀의 모습을 영상에 담는데 성공했다.

EHT의 원본 데이터를 영상으로 바꾸기 위해 독일 막스플랑크 전파천문학연구소(MPIfR)와 미국 매사추세츠공과대(MIT) 헤이스택 관측소에 있는 슈퍼컴퓨터를 이용했다.

인류 역사상 최초로 포착된 블랙홀은 100여년 전 아인슈타인이 제기했던 '상대성 이론'을 입증하는 중요한 자료가 되고 있다.

블랙홀(black hole)의 존재는 현대천문학과 물리학의 이론이 정확하다는 사실을 증명해준다고 볼 수 있다. 특히 현대천문학의 별 진화이론과 현대물리학의 일반상대성이론은 블랙홀과 밀접하게 관련돼 있다.

질량이 있는 모든 물체 사이에는 서로 끌어당기는 만유인력이 작용한다. 특히 지구가 물체를 잡아당기는 힘을 중력이라고 하는데, 이 중력 때문에 인간은 공중에 떠다니지 않고 지표면에서 생활할 수 있다.

만일 지구에서 지구 중력을 이길 수 있을 만한 큰 속도로 물체를 던지면 어떻게 될까? 초속 11.2km의 속도보다 빠르게 물체를 던지면 지구를 탈출할 수 있다. 따라서 초속 11.2km를 지구 탈출속도라고 부른다.

물론 지구보다 더 강한 표면중력을 갖는 목성의 탈출속도는 초속 59.5km이다. 여기서 중력이 이들보다 엄청나게 강한 천체가 있다고 가정한다면, 그 천체의 탈출속도는 어떻게 될까? 마침내 광속, 즉 초속 30만km를 넘어설 수 있을 것이다. 이렇게 광속보다 큰 탈출속도를 갖는 천체가 존재한다면, 빛조차 빠져나올 수 없을 것이다. 어떻게 보면 공상과 같은 이런 아이디어 하나에서 블랙홀이 탄생했다.

1915년, 독일의 물리학자 알버트 아인슈타인(알베르트 아인슈타인, Albert Einstein)은 중력에 의해 공간이 휜다는 일반상대성이론2)을 발표했다. 상대성이론의 핵심인 중력장 방정식은 빛이 휘어야 성립되는 것이다. 하지만 당시 중력장 방정식은 물리학의 역사에서 가장 어려운 방정식 중 하나로 꼽히며, 이를 완전히 풀어낼 수 있는지 조차 알 수 없는 상황이었다.

그러나 예상보다 빠른 1916년에 독일의 천문학자이자 물리학자인 칼 슈바르츠실트(Karl Schwarzschild)가 회전하지 않는 천체의 경우 해당되는 중력장방정식의 답을 구했다.
그 답에 따르면 태양 바로 주위에서는 중력 때문에 빛이 약 2″(1°= 60′= 3600″)의 각도만큼 휘어야 하는데, 사람들은 이 결과에 반신반의했다. 하지만 1919년, 영국의 천문학자 아서 에딩턴(Arthur Eddington)이 아프리카에서 일어난 개기일식을 이용해 빛이 휜다는 사실을 관측해내자 세계는 경악을 금치 못했다.

천체망원경 제작 기술의 발달로 중성자별3)이 발견되면서, 마침내 블랙홀에 대한 천문학자와 물리학자들의 태도는 돌변하게 된다. 태양 정도의 질량을 갖는 중성자별의 크기는 대략 한국의 수도인 서울시만 하다.

이런 중성자별이 실제로 존재한다는 것이 발견된 이상, 그 보다 조금 더 수축한 블랙홀의 존재를 의심할 이유가 없어진 것이다. 이를 계기로 블랙홀에 대한 연구가 1950년대~1960년대에 걸쳐 다시 불붙기 시작했고, 이로써 블랙홀의 존재는 '미운 오리 새끼'에서 '백조'로 화려한 변신을 하게 된다.

현대의 거대한 천체망원경들이 개발되면서 여러 은하 중심 부분에서 태양보다 수억 배 더 무거운 블랙홀들이 존재한다는 사실도 밝혀졌다. 실제로 이들은 크기가 태양계만하고, 태양과 같은 별 1천억 개정도가 낼 수 있는 에너지를 방출하고 있다.

과학자들은 "'이제는 과연 블랙홀은 존재 하는가'라고 물을 때가 아니라 '블랙홀은 몇 종류나 있는가' 물을 때인 것"이라 말하고 있.

또한, 블랙홀은 SF(과학소설, Science Fiction) 작가들에게 커다란 희망을 줬다. 오늘날 우주를 배경으로 한 SF소설이나 영화들 중에, 블랙홀을 통한 시공간 여행을 빌리지 않는 것은 거의 없다고 해도 과언이 아니다. 실제로 한 블랙홀이 다른 우주에 있는 블랙홀과 이어질 수만 있다면 우주여행을 하는데 지름길 노릇을 할 수 있다.