모든 은하가 그 중심에 적어도 하나씩은 품고 있는 것으로 확인되는 초대질량블랙홀은 태양의 100만배 이상의 질량을 가지고 있는데, 가장 무거운 것은 태양의 100억배 질량을 가지고 있다. 우리은하 중심의 블랙홀인 Sgr A*는 그 질량이 태양의 4백만 배 정도로 초대질량블랙홀 중에는 경량급이다. 

초대질량블랙홀과 이들이 속한 은하에 존재하는 별들의 질량 총합 사이에는 일정한 질량비가 있다는 것이 알려진 것은 20년이 조금 넘었다. 지금까지 알려진 바로는 그 질량비는 1대 500 정도 된다. 은하와 블랙홀이 함께 진화해온 과정은 앞으로 규명 돼야 할 과제다. 

블랙홀이 성장하는 과정은 복잡하다. 블랙홀이 물질을 흡수하는 과정에서 발생하는 마찰로 상당 부분의 물질과 에너지를 우주로 되돌려 보내기 때문이다. 이런 성장단계의 초대질량블랙홀은 밝게 빛나는데, 대략 열 개 초대질량블랙홀 중 하나가 여기에 속한다. 그 결과 은하 열 개 중 하나는 그 중심에서 별들이 내는 것으로 설명할 수 없는 강렬한 빛을 내고 있다. 

또한 그 가운데 열에 하나는 광속에 가까운 속도의 제트현상을 통해 물질을 방출한다. 이런 블랙홀 중에는 우주에서 가장 밝은 천체인 퀘이사도 있다. 밝게 빛나며 물질과 에너지를 방출하는 퀘이사는 주변에 큰 영향을 주는데, 이들 중에는 은하 규모는 물론 수천 개 은하가 속한 은하단과 그 너머의 공간까지 그 영향을 끼치기도 한다. 우주의 초기에도 이런 활발한 초대질량블랙홀이 발견되는데, 이들은 우주의 팽창과 함께 온 우주에 그 영향을 끼쳤을 것이다. 이들이 어떻게 우주 초기에 빠르게 성장하여 큰 질량을 가질 수 있었는지는 아직 답하지 못하고 있는 질문이다. 

블랙홀 제트에서 최근 고에너지 뉴트리노가 검출되는 현상은 고에너지 천체물리학과 입자물리학이 함께 풀어야 할 중요한 문제로 대두되었다. 초대질량블랙홀의 반대편에는 미니블랙홀 또는 마이크로블랙홀이라고 부르는 아직은 발견되지 않은 작은 블랙홀이 있는데, 우주 초기 고밀도 환경에서 이런 태양보다 작은 질량을 가진 원시블랙홀이 만들어졌을 수 있고 만약 원시 블랙홀의 질량이 에베레스트 산 정도이거나 그보다 작다면 강력한 호킹복사(블랙홀이 방출하는 열복사)를 내며 증발하는 과정을 우리가 목격할 수 있을 것이다. 

아직 호킹복사를 내며 증발하는 블랙홀은 발견되지 않았는데, 원시 블랙홀이 커서 증발에 시간이 더 필요하거나, 원시 블랙홀이 존재하지 않거나, 아니면 관측장비의 성능이 아직 미흡하기 때문일 것이다. 어느 쪽이든 원시 블랙홀에 대한 결론은 우주의 진화 과정을 이해하는 중요한 실마리가 될 것이다. 호킹복사를 내며 증발하는 블랙홀은 아직 발견하지 못했지만, 우주전파의 잡음 속에서 호킹복사를 찾으려는 과정에서 와이파이의 발명이라는 예상치 못했던 소득을 올리기도 했다. 

우주론적 거리에서도 보이는 제트를 방출하는 밝은 초대질량블랙홀은 워낙 멀리 있어서 거의 움직이지 않는 기준점으로 활용할 수 있는데, GPS와 같은 위상항법시스템의 측정 원점, 대륙 운동 감시 기준점 등으로 우리 실생활에 활용되고 있다.

손봉원
한국천문연구원 책임연구원

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