'UNIST 참여 국제 연구진 포착'… M87 블랙홀, 편광이 거꾸로 뒤집혔다

김재영 교수팀, 다년간 블랙홀 주변 자기장 변화 추적

차세대 블랙홀 동영상·우주-지상·월면 연계 탐사 연구

UNIST(총장 박종래) 물리학과 김재영 교수가 참여한 국제 연구진이 M87 은하 중심 블랙홀의 새로운 영상을 공개했다.

사건지평선망원경(EHT, Event Horizon Telescope) 국제 공동 연구진은 16일, 2017년 이후 4년에 걸쳐 찍은 블랙홀 영상에서 자기장 패턴이 뒤집힌 사실을 확인했다고 밝혔다.

사건지평선망원경(EHT, Event Horizon Telescope)이란 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 블랙홀의 영상을 포착하려는 국제협력 프로젝트이자 이 가상 망원경의 이름이다. 사건지평선이란 블랙홀 안팎을 가르는 경계를 뜻한다.

이번 M87 영상은 2021년 관측 자료로 얻었다. 2017년 인류 최초 블랙홀 영상, 2018년 후속 영상에 이어 세 번째다. 중심부 그림자와 고리 모양은 그대로였지만, 빛의 편광 패턴만 크게 달라졌다.

사건지평선망원경으로 촬영한 M87 블랙홀의 영상. 왼쪽부터 2017·2018·2021년 결과를 보여준다. 고리 위의 가느다란 선은 관측된 선형 편광의 방향(전기장 벡터)을 뜻한다. 세 영상 모두에서 블랙홀 그림자로 불리는 중심 검은 부분과 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이 고리 모양으로 관측됐다. 블랙홀의 그림자 부분과 고리의 크기는 거의 일정하지만 가장 밝은 부분의 위치와 편광 패턴이 연도별로 변화하는 것을 볼 수 있다. (출처: EHT Collaboration)

2017년 영상과 비교하면 편광 회전 방향이 정반대였다. 연구단은 M87 블랙홀 근처 자기장이 구조적으로 바뀌었거나, 플라즈마와 뒤섞이며 '패러데이 스크린'이 작용했을 가능성을 제시했다. 사건지평선 부근의 자기장과 물질이 예측보다 훨씬 역동적이며 복잡한 운동을 한다는 증거다.

2017년(왼쪽)과 2021년(오른쪽) 사이 편광 방향을 설명할 수 있는 이론 모델들 중 하나인 블랙홀 주변 자기장의 변화를 나타낸 모식도. 가운데 검은색 원은 M87 블랙홀, 흰색 막대는 관측된 빛의 고리의 편광 방향, 검은색 실선은 자기장의 방향을 나타낸다. 해당 모델에서 편광 방향의 패턴이 뒤집힘에 따라 블랙홀 주변 자기장의 방향도 마찬가지로 변함을 볼 수 있다. (출처: EHT Collaboration)

김재영 교수는 국제연구단 핵심 과학자들과 함께 주요 과학 연구 목표를 설정하고, EHT 관측망의 핵심인 아타카마 대형 밀리미터 간섭계(ALMA) 관측시간 확보 등 핵심 준비를 이끌었다. 데이터 분석에도 직접 참여해 프로젝트 전반에 깊이 관여해 왔다.

김재영 UNIST 물리학과 교수.

그의 지도를 받은 석사과정생 이덕형 연구원은 2021년 데이터를 실제로 검증하고 통계 분석을 주도했다. 이 과정에서 한국 대학원생이 거대 국제 프로젝트에서 핵심 데이터를 직접 책임진 사례로 기록됐다.

폴 타이드 (Paul Tiede) 하버드 스미스소니안 천체물리학센터 박사는 "장기간 영상으로 블랙홀의 극한 환경을 더 깊이 이해할 수 있었다"고 말했다. 미하일 얀센(Michael Janssen) 네덜란드 라드바우드대 교수는 "아인슈타인의 이론을 다시 확인하면서도 예상치 못한 복잡한 자기장 구조가 드러났다"고 설명했다.

김재영 교수는 "사건지평선 주변에서는 고온·고압 플라즈마가 순식간에 블랙홀로 떨어지거나 분출한다"며 "이 흐름이 주변을 휘저어 편광 변화를 만든 것 같다"고 분석했다. 그는 이어 "이 현상을 이해하려면 기존 모델을 넘어서는 더 정밀한 연구가 필요하다"고 전했다.

이번 연구에는 한국 연구진 활약이 두드러졌다. UNIST 김재영 교수와 이덕형 연구원은 영상 복원 알고리즘의 신뢰도를 높이고, 자기장 구조 변화 해석에도 힘을 보탰다. 특히 대학원생이 국제 공동 연구단에서 핵심 데이터를 직접 검증·비교한 사례는 차세대 연구자 양성의 의미를 더했다.

EHT 연구진은 2017년 이후 2018, 2021, 2022, 2024, 2025년까지 관측을 이어왔다. 2026년에는 최초의 블랙홀 동영상을 찍기 위해 약 3개월간 주 2회씩 M87을 촬영할 계획이다. 한국우주전파관측망(KVN)도 여기에 참여해 영상의 정밀도를 높인다.

김 교수는 EHT 연구단 과학위원회 멤버로 활동하며 국제연구단의 장기 과학 연구 목표와 개발 계획을 수립하고 있다. 그는 "EHT 연구진이 매년 망원경 확충과 장비 업그레이드, 새로운 알고리즘으로 발전하고 있다"라며 "앞으로는 우주?지상, 지상?월면 전파망원경을 연결해 더 먼 블랙홀 영상화에 나설 것"이라고 덧붙였다.

이번 결과는 국제 학술지 '천문학과 천체물리학(Astronomy＆Astrophysics)' 2025년 9월호에 게재됐다.

연구에는 박종호 경희대 우주과학과 교수, 한국천문연구원·연세대 조일제 박사후연구원이 공동 참여했다.

영남취재본부 김철우 기자 sooro97@asiae.co.kr