우주에서 역사상 가장 거대한 블랙홀 충돌이 관측되어 천문학계에 큰 파장을 일으키고 있다. 영국 버밍엄대학교 그레고리오 카룰로 교수가 이끄는 연구팀은 미국, 유럽, 일본의 중력파 검출기로 구성된 '라이고-비르고-카그라(LIGO-Virgo-KAGRA, LVK) 협력단'이 중력파 관측 역사상 가장 거대한 질량의 블랙홀 합병을 포착했다고 13일(현지 시간) 발표했다.

 

이번 블랙홀 충돌은 2023년 11월 23일, 미국 워싱턴과 루이지애나에 위치한 LIGO 검출기에서 동시에 관측됐다. 두 블랙홀이 서로 충돌하면서 시공간이 미세하게 흔들리며 발생한 중력파가 지구까지 도달한 것이다. 연구팀은 특히 두 블랙홀이 충돌 후 하나로 완전히 병합되기 전 발생하는 '링다운(ringdown)' 현상을 포착했다고 설명했다.

 

이 우주적 사건은 지구로부터 약 100억 광년 떨어진 곳에서 발생했다. 충돌한 두 블랙홀은 각각 태양 질량의 137배와 103배로, 지구보다 40만 배 빠르게 회전하고 있었다. 이 두 거대 블랙홀은 오랜 시간 서로를 향해 회전하다 마침내 충돌했고, 그 결과 태양 질량의 265배에 달하는 초거대 블랙홀이 탄생했다.

 

이번 관측은 지금까지 기록된 중력파 중 가장 거대한 블랙홀 간의 합병으로, 기존에 관측된 블랙홀 충돌은 대부분 태양 질량의 30~80배 정도였다. 그러나 이번에는 태양 질량의 100배가 넘는 블랙홀 두 개가 충돌해 265배 질량의 초거대 블랙홀을 형성했다는 점에서 천문학적으로 큰 의미를 갖는다.

 

일반적으로 태양 질량의 100배가 넘는 별은 블랙홀이 되기 전에 폭발하는 것으로 알려져 있다. LVK 협력단의 마크 해넘 카디프대 교수는 "이런 현상은 이전에도 관측된 적이 있지만, 이번이 가장 극단적인 사례"라고 설명했다. 포츠머스대학교의 찰리 호이 교수는 "이번에 관측된 블랙홀은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 허용하는 한계에 가까운 매우 빠른 속도로 회전하고 있다"며 "이는 우리의 이론적 도구 개발을 촉진하는 유용한 사례가 될 것"이라고 강조했다.

 

물리학자들은 이번에 합병된 블랙홀들이 이전에 여러 블랙홀들이 합쳐진 결과물일 가능성이 높다고 보고 있다. 이러한 과정을 통해 질량이 크고 빠르게 회전하는 블랙홀이 형성될 수 있는 조건이 만들어졌다는 것이다. 버밍엄대학교의 그레고리오 카를로 교수는 "이 복잡한 신호 패턴과 그 의미를 완전히 밝혀내려면 수년의 연구가 필요할 것"이라며 "앞으로 천문학계에 흥미진진한 시대가 펼쳐질 것"이라고 전망했다.

 

이번 연구 결과는 18일까지 영국 스코틀랜드 글래스고에서 열리는 '제24회 일반 상대성 이론 및 중력 국제 학술대회(GR24)'와 '제16회 에도아르도 아말디 중력파 학술대회'에서 발표될 예정이며, 연구에 사용된 보정 데이터는 추후 중력파 오픈 과학 센터(GWOSC)를 통해 공개될 예정이다.