초기 우주의 초고밀도 가스 품은 블랙홀 확인

빅뱅이 일어난 지 6억6천만 년 무렵의 초기 우주에서 별과 블랙홀의 성질을 함께 지닌 새로운 유형의 천체가 포착됐다. 국제 연구팀이 제임스 웹 우주망원경으로 발견한 이 천체의 이름은 ‘MoM-BH*-1’이다. 태양계만 한 거대한 별처럼 보이지만, 실제로는 태양 질량의 약 100만~1천만 배인 블랙홀을 초고밀도 수소 가스층이 감싼 구조로 분석됐다.

MoM-BH*-1은 근적외선 카메라 영상에서 유난히 밝고 붉은 점으로 나타났다. 방출 에너지는 알려진 별이 물리적으로 낼 수 있는 수준보다 1천억 배 많아 초대질량 블랙홀의 에너지 규모에 가까웠다. 분광 관측에서는 3~4㎛ 부근의 빛이 20배 이상 급감하는 강한 발머 단절도 확인됐다. 젊은 별이나 별 무리에서도 나타나는 현상이지만 이번 관측치는 별만으로 설명할 수 있는 범위를 크게 넘어섰다.

수많은 분광합성 모형을 다양한 조건에서 비교한 결과, 활동성 블랙홀과 이를 에워싼 극도로 조밀한 난류성 수소 가스를 결합한 구조가 관측값에 가장 잘 들어맞았다. 최적 모형의 수소 입자 밀도는 1㎤당 약 1천억 개, 난류 속도는 초속 약 500㎞로 계산됐다. 가스층은 중심 블랙홀에서 약 10~100천문단위까지 펼쳐진 것으로 나타났다. 블랙홀의 복사 에너지가 이 가스층을 통과하면서 붉은 색과 두드러진 발머 단절을 함께 만든다는 해석이다.

연구팀은 탐사 프로그램 명칭을 반영해 MoM-BH*-1으로 이름 붙이고 ‘블랙홀 별’이라는 별칭을 제시했다. 이는 고밀도 가스에 묻힌 블랙홀이 초기 우주에서 빠르게 성장하는 단계일 가능성을 담은 표현이다. 이번 발견은 제임스 웹 우주망원경이 초기 우주에서 잇달아 찾아낸 ‘작은 붉은 점’의 정체를 푸는 단서로도 제시됐다. 특히 MoM-BH*-1은 블랙홀 별이 모은하보다 훨씬 밝아 주변 은하의 영향이 적은 블랙홀 별 자체의 빛을 관측한 사례로 평가됐다.