블랙홀의 첫 사진 "사건의 지평선 망원경"

과학자들은 2017년 우주의 가장 신비로운 현상 중 하나인 블랙홀의 사진을 얻을 려는 역사적인 순간을 맞았습니다. 블랙홀 사진을 찍기 위해 지구 크기의 가상 망원경, "사건의 지평선 망원경"을 개발하고 준비하였습니다. 이번 관측은 우리 은하계 중심에 위치한 거대한 블랙홀인 Sagittarius A*를 관측하였습니다

블랙홀 이미지의 중요성

블랙홀은 중력의 엄청난 힘으로 모든 것을 흡수하는 우주 현상으로, 이것을 직접 관찰하는 것은 매우 어려운 일입니다. 그러나 이러한 관측은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증하고 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.
과학자들은 Sagittarius A*를 관측하기 위해 지구 상에 있는 여러 라디오 수신기를 연결하여 거대한 가상 망원경, 이벤트 호라이즌 망원경을 만들었습니다. 이것은 VLBI(아주 긴 기저선 어레이 간섭계)라고 불리는 기술을 사용하여 가능했습니다. 이 기술은 라디오 안테나 네트워크를 결합하여 블랙홀을 관측하기에 충분한 해상도를 얻을 수 있게 합니다.

관측 목표: Sagittarius A* (궁수자리 블랙홀)

 Sagittarius A*는 미리 정의된 위치에서 주변 별들의 궤도에 미치는 영향을 통해 존재가 확인된 블랙홀입니다. 이 블랙홀은 태양의 질량의 약 4백만 배에 달하며, 그 "가장자리"는 약 2천만 km 정도로 작아, 지구에서는 아주 작은 점처럼 보입니다. 이벤트 호라이즌 망원경은 VLBI 기술을 사용하여 블랙홀을 관측합니다. 이 기술은 여러 지점에 위치한 라디오 안테나를 연결하여 망원경을 모방하며 그 결과, 망원경의 해상도를 향상시킵니다. 이것은 마치 달 표면에서 포도 크기의 물체를 본 것과 같은 해상도를 제공합니다.

과학자들은 관측에서 아인슈타인의 방정식에 근거한 시뮬레이션은 밝은 고리로 둘러싸인 어두운 특징을 예측합니다. 이 밝은 고리는 블랙홀로 사라지기 직전에 고속으로 가속된 가스와 먼지에서 나오는 빛입니다. 어두운 특징은 블랙홀이 이러한 혼돈을 드리우는 그림자일 것입니다. 이러한 관측을 통해 중력 이론을 더 깊이 이해할 수 있는 기회를 얻게 됩니다.

과학적 목표와 중요성

Sagittarius A*의 관찰 결과를 사용하여 일반 상대성 이론의 측면을 시험하는 것입니다. 아인슈타인의 이론에는 블랙홀과 같은 극한 환경에서 발생하는 중력에 대한 완전한 설명을 위한 한계가 있을 수 있으며, 망원경을 통한 관측을 통해 이 한계가 드러날 수 있습니다. 과거 몇 년 동안 라디오 천문학 시설이 프로젝트에 참여하면서 기술력이 크게 향상되었습니다. 최근에 중요한 추가 요소로 칠레의 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA)이 참여하였습니다. 이는 EHT의 감도를 10배로 높였습니다. 그러나 관측에 참여하는 모든 라디오 시설에는 특수 장비를 설치해야 했습니다.

1989년에는 처음으로 1.3mm VLBI(아주 긴 기저선 어레이 간섭계) 관측이 성공하였고, 이는 Padin 등(1990)에 의해 발표되었습니다. 그 후, 하버드대학의 쉐퍼드 도엘레만 교수가 이 주제로 연구를 진행하였고, 2008년에 "Event-horizon-scale observations of Sgr A* at 1.3 mm"라는 논문을 네이처에 게재했습니다. 이 논문은 우리은하 중심의 초대질량 블랙홀 Sgr A*를 관측하기 위한 첫 단계였습니다.

이후, 2009년에는 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 블랙홀 그림자를 관측하고자 하는 EHT 프로젝트가 시작되었습니다. EHT 프로젝트는 두 개의 주요 목표, 즉 우리은하 중심의 Sgr A*와 M87 블랙홀의 그림자를 관측하기 위해 수십 개의 라디오 전파망원경을 전 세계 6개 지역에 설치하고 연결하여 거대한 네트워크를 형성하였습니다. 특히, 칠레에 있는 ALMA(아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파망원경 배열)가 이 프로젝트에 참여하면서 집광력을 10배로 향상시켰으며 이를 통해 EHT는 초정밀한 관측과 데이터 수집을 가능하게 했습니다.

2017년 4월, EHT 프로젝트는 블랙홀의 첫 이미지를 촬영하기 위한 다섯 차례의 관측을 성공적으로 진행했습니다. 이러한 관측 데이터는 전 세계의 전파망원경에서 수집되어 합성되었고, 엄격한 데이터 처리와 교차검증을 통해 M87 블랙홀의 그림자를 확인할 수 있었습니다. 이것은 역사적인 순간으로, 블랙홀 연구와 중력 이론에 중요한 기여를 했습니다.