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[2024. 11. 14.] 연세대 지명국 교수팀, 거대 블랙홀 제트와 은하 모양 간 상관관계 세계 최초 발견 2024.11.15

신촌 홍보팀

연세대 지명국 교수팀, 거대 블랙홀 제트와 은하 모양 간 상관관계 세계 최초 발견

- 블랙홀 제트와 은하 모양: 1,000배 차이에도 통하는 연결고리 -

- 은하의 형성과 진화의 비밀을 풀어낼 중요한 단서 제공 -

연세대학교 지명국 교수가 참여한 국제연구팀이 거대 블랙홀에서 분출되는 제트와 은하 모양 간 놀라운 상관관계가 있음을 세계 최초로 발견했다. 이는 천문학 분야의 난제인 은하의 형성과 진화의 비밀을 풀어낼 중요한 단서를 제공할 것으로 기대되며, 연구 성과는 천문학 분야의 최고 권위 학술지인 ‘네이처 천문학(Nature Astronomy)’에 11월 14일(현지시간) 게재됐다.

모든 은하 중심에는 하나 이상의 블랙홀이 존재하는데, 태양계가 속한 우리 은하에도 거대 블랙홀이 하나 있다. 이 중 일부 블랙홀은 주변 물질을 빨아들이는 동시에 빛의 속도에 가까운 빠르기로 물질을 제트 형태로 방출하기도 한다.

원거리에 있는 은하 중심의 제트는 그 크기가 은하에 비해 약 1,000배 작기 때문에 그 분출 방향을 확인하기 매우 어려우나 초장기선 간섭계(VLBI)라고 불리는 기술을 이용하면 식별이 가능해진다. 이 기술은 전 세계 전파망원경을 동기화해 하나의 거대한 망원경처럼 작동하도록 해 수천 광년 떨어진 제트의 방향을 식별할 수 있게 해준다. 최근 사건의 지평선 망원경(Event Horizon Telescope)으로 블랙홀의 이미지를 관측한 것도 이 기술 덕분이다.

제트는 블랙홀 주변에 있는 강착원반 면에 수직으로 분출되기 때문에, 제트의 분출방향을 통해 강착원반이 어느 방향으로 기울어져 있는지를 유추할 수 있다. 일반적으로 강착원반은 너무 작아 망원경으로 직접 관측이 어려운데, 이번 연구는 은하의 모양을 통해 강착원반에 대한 정보에 접근할 수 있는 가능성을 제시한 것이다.

은하는 제트보다 1,000배 이상 크며, 대부분 납작한 접시나 럭비공 형태로 찌그러져 있다. 따라서, 은하의 형태가 1,000배나 작은 은하 중심에 위치한 제트 방향와 상관관계를 가지고 있을 가능성은 상상하기 어려웠다.

연구팀이 5,800개의 은하와 제트 방향을 정밀하게 비교한 결과, 은하의 모양이 제트의 방향에 수직으로 찌그러져 있음을 발견했다. 이는 마치 섬 중심의 작은 등대가 기울어진 방향과 섬 전체의 찌그러진 방향이 일치하는 것과 유사한 현상이다.

수 광년 크기의 제트가 수천 광년 크기의 은하의 모양에 영향을 미칠 수 있다는 점은 은하 형성과 진화에 있어 중심부의 거대 블랙홀이 직접적인 역할을 한다는 강력한 암시를 제공한다.

오래전부터 은하 중심 블랙홀의 질량과 은하 전체 질량 사이에는 상관관계가 있다는 사실은 알려져 왔으나, 은하 모양까지 블랙홀이 관여할 가능성을 제시한 것은 이번 연구가 처음이다.

지명국 연세대 교수는 “닭과 달걀 중 어느 것이 먼저인지를 묻는 것처럼, 은하의 모양과 블랙홀 제트의 방향 중 무엇이 원인이고 결과인지 아직 밝혀지지 않았다. 그러나 두 구조 간에 1,000배의 크기 차이를 뛰어넘는 강력한 물리적 연결이 존재한다는 사실은 밤잠을 설치게 만드는 놀라운 발견이다.”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 스페인, 독일, 프랑스, 호주 등의 국제 천체물리학자들과 공동연구한 결과로, 스페인 데이빗 퍼난데스(David Fernandez) 연구원이 제1저자로, 제프 핫슨(Jeff Hodgson) 세종대 교수가 교신저자로 참여했다. 특히 지명국 연세대 교수는 은하의 형태를 정확하게 측정하는 중력렌즈 방법을 제공하며 연구에 기여했다.

붙임 1. 지명국 교수 사진 1장.

2. 관측 사진 1장. 끝.

(사진 설명)

M87 은하와 중심에서 분출되는 제트 이미지. M87 은하는 처녀자리에 있는 초거대 타원은하로 노랗게 구름처럼 보이는 빛은 개별로 분해되지 않는 수 조개의 별들이 내는 빛이다. 중심 부분을 확대해 보면 오른쪽 그림과 같이 블랙홀에서 분출되는 푸른색 제트가 보인다. 제트의 방향에 수직인 방향으로 은하의 모양이 찌그러져 있는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 5,800개의 유사한 은하를 정밀하게 분석한 결과 통계적으로 유의미하게 제트와 모 은하간 이러한 형태학적 상관관계가 있음을 알아냈다.

(논문 정보)

1. 논문 제목: Detection of an orthogonal alignment between parsec scale AGN jets and their host galaxies

2. 논문 주소: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02407-4

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