NASA 허블 망원경을 이용해 발견한 M60-UCD1 은하와 은하의 중앙에 있는 블랙홀 개념도. 별의 밀도가 매우 높다. (사진 출처=NASA)
과학자들이 NASA(미항공우주국)의 허블우주망원경과 지상의 천문대를 이용해 믿을 수 없는 곳에서 믿을 수 없는 물체를 발견했다.
이 물체는 지금까지 발견된 가장 작은 은하의 내부에 숨어 있는 '괴물 블랙홀(monster black hole)'이다.
이 블랙홀은 우리 은하 중심의 블랙홀보다 질량이 5배 크다. 지금까지 알려진 은하 가운데 밀도가 가장 높은 왜소은하 M60-UCD1의 내부에 있다. M60-UCD1은 지름이 300광년으로 우리 은하의 500분의 1 크기에 불과하지만 1억 4,000만개의 별을 포함하고 있다.
왜소은하에서는 밤하늘에 적어도 100만개 이상의 별을 맨눈으로 볼 수 있다. 지구에서 맨눈으로 볼 수 있는 별은 통상 4,000개 정도이다.
이번 발견으로 우주에는 내부에 거대 질량의 블랙홀을 가진 밀도가 상대적으로 높은 은하들이 많이 존재한다는 사실을 알 수 있다. 또 왜소은하는 원래부터 작은 섬처럼 고립돼 탄생한 것이 아니라 다른 은하들과 충돌해 찢겨진, 보다 큰 은하들의 조각들이란 점도 시사하고 있다.
논문의 제1 저자인 미 유타대 천문학자 아닐 세스는 "이런 작은 은하 속에서 이처럼 큰 블랙홀이 만들어질 수 있는지 몰랐다"고 말했다.
이번 연구 결과는 18일 네이처지에 실렸다.
연구진은 M60-UCD1의 관찰과 블랙홀 질량 측정에 허블우주망원경과 하와이 마우나 키에 있는 제미니 노스 8m 광학 및 적외선 망원경(the Gemini North 8-meter optical and infrared telescope)을 이용했다.
허블 망원경의 고해상도 이미지는 은하 지름과 별의 밀도에 대한 정보를 제공했다. 제미니 망원경은 블랙홀의 중력에 영향을 받은 별들의 움직임을 측정하는데 이용됐다. 이 데이터를 통해 블랙홀의 질량을 계산할 수 있었다.
블랙홀은 중력에 의해 붕괴된 엄청난 밀도의 물체이다. 워낙 밀도가 높기 때문에 빛조차 탈출할 수 없다. 초거대질량 블랙홀의 경우 최소한 우리 태양과 같은 별의 100만개에 해당하는 질량을 갖고 있다. 많은 은하 중심에는 거대질량의 블랙홀이 존재한다.
우리 은하 중심에는 태양 400만개에 해당하는 질량의 블랙홀이 있다. 엄청난 규모의 질량이지만 우리 은하의 전체 질량에 비교하면 0.01%에 블과하다. 이에 비해 M60-UCD1의 중심에 있는 괴물 블랙홀은 태양 2,100만개에 해당하는 질량을 갖고 있고, 이 은하 전체 질량의 무려 15%를 차지한다.
우리 은하가 왜소은하 M60-UCD1보다 500배 크고, 1,000배 이상 무겁다는 사실을 감안하면 놀라운 사실이다.
연구진은 M60-UCD1이 한때 100억개의 별을 보유한 대형 은하였을 것으로 추정한다. 그러나 이 은하보다 훨씬 큰 M60은하의 중심부 근처를 통과하면서 은하 외부에 있던 별과 암흑물질이 찢겨져 나가 M60의 일부가 된 것으로 분석했다.
연구진은 M60-UCD1이 언젠가 M60의 인력에 끌려가 완전히 합쳐질 것으로 보고 있다. M60은 태양의 45억개, 우리 은하 블랙홀의 1,000배가 넘는 질량의 거대한 블랙홀을 갖고 있다. 언젠가 두 개의 은하가 합체되면 두 은하의 블랙홀도 합해질 것이다. 두 은하는 5,000만 광년 떨어져 있다.