지난달 10일 우주의 신비한 현상 중 하나인 블랙홀(Black Hole)이 생생하게 포착된 최초 사진이 나와 지구촌을 흥분시켰다. 한국천문연구원 등 전 세계 20여 연구기관이 인류 역사상 최초로 블랙홀을 실제 관측한 것이다. 빛조차 빨아들이는 블랙홀인지라 이를 육안으로 입증해 보이려는 천체물리학계의 지난한 노력의 결실이라 하겠다. 보이지 않는 존재를 찾으려는 과학계의 여러 노력이 거듭됐기에 이런 큰 걸음을 내디딜 수 있었다.

한국천문연구원 등 세계 20여 연구기관이 참여한 ‘사건 지평선 망원경’ 프로젝트팀이 지난달 10일 공개한 처녀자리 은하의 ‘M87 블랙홀’ 관측 사진.

방사선이 대표적이다. 우리 주위에 어디서나 존재하지만, 원자핵보다 작고 빠른 속도로 인해 눈으로 확인할 수 없는 방사선을 1911년 영국의 물리학자 찰스 토마스 윌슨(1869~1959)이 ‘안개흔적’으로 증명해 보였다. 수증기나 알코올 기체로 채워진 유리 원통을 통해서다. 방사선이 지나가면, 그 궤적을 따라 수증기나 알코올 기체가 이온화되면서 응축해 안개흔적이 나타나는 것이다. 하늘 높이 비행기가 지나갈 때 남기는 비행운과 같은 원리다. 윌슨은 이 업적으로 1927년 노벨 물리학상을 받았다. 이후 도널드 아서 글레이저(1926~2013)는 소립자가 지나가는 궤적을 따라 이온 주위에 기포가 형성되는 원리를 이용한 거품챔버를 고안한 노력으로 1960년 노벨 물리학상을 받았다.

블랙홀도 이처럼 보이지 않는 존재다. 스티븐 호킹은 블랙홀의 발견에 대해 “그것은 마치 지하 석탄창고 속에 있는 검은 고양이를 찾는 것과 흡사하다”고 할 정도였다. 거대한 질량을 가진 블랙홀은 중력의 세기가 엄청나다. 주변의 질량을 가진 물질뿐만 아니라 질량이 없는 빛조차도 빨려 들어간다. 아무 것도 볼 수 없는 암흑세계다. 이를 관측하기 위해 전파망원경으로 블랙홀과 그 주변에서 오는 전파데이터를 수집해 분석한다.

하지만 이번에 관측된 M87 블랙홀은 지구에서 5500광년이나 떨어져 있어 점보다 작게 보여, 그 형상을 정확하게 파악하려면 이론상으로 지구만 한 크기의 망원경이 필요하다. 이에 실제로 지구 크기의 망원경과 같은 능력을 갖춘 망원경을 이용하는 아이디어가 제안됐다. 이는 ‘사건 지평선 망원경(EHT)’이라고 부르는데, 6개 대륙에 걸친 망원경 8개가 관측한 전파를 지구의 자전을 이용해 취합하는 방법으로 지구 크기의 망원경처럼 활용한 것이다. 같은 시각, 서로 다른 망원경을 통해 들어온 블랙홀의 전파신호를 컴퓨터로 통합·분석해 이를 역추적하는 방식으로 영상을 얻었다. 하지만 전파망원경으로 수집된 데이터는 가시광선의 영역이 아니므로 우리 눈에는 보이지 않는다. 이번에 공개된 블랙홀 사진은 수집된 데이터를 슈퍼컴퓨터를 이용해 2년간 분석했고, 색과 밝기를 입혀 표현한 것이다.

보이지 않는 존재를 직접 볼 수 있게 만든 이번 연구가 노벨 물리학상으로 연결될지는 알 수 없다. 하지만 인간의 탐구심과 그에 대한 끊임없는 노력에 조만간 우주 탄생의 비밀이 풀리리라 기대가 되는 것은 분명하다. 이은정 부산과학기술협의회 교육연구팀장