우종학 모교 물리천문학부 교수 연구팀이 블랙홀의 기원에 중요한 단서가 될 ‘중간질량 블랙홀’을 세계 최초로 확인했다. 우 교수 연구팀은 1,400만광년 떨어진 왜소은하 ‘NGC-4395’ 중심에서 중간질량 블랙홀을 발견하고 그 결과를 지난 6월 ‘Nature Astronomy’에 발표했다. 

거대한 은하들의 중심에 있고, 태양보다 100만 배 이상 무거운 ‘거대질량 블랙홀'의 기원은 ‘별 블랙홀’에서 시작되었다는 ‘가벼운 씨앗’ 시나리오와 거대한 가스 덩어리가 수축해 만들어진 원시블랙홀에서 시작했다는 ‘무거운 씨앗’ 시나리오가 경쟁하고 있었다. 태양의 1만배 정도 무게인 후자의 블랙홀이 중간질량 블랙홀로, 실제로 존재하는지 논란이 되어 왔다. 

연구팀은 중간질량 블랙홀을 발견하기 위해 초기 우주의 흔적을 간직하고 있는 왜소은하를 타깃으로 삼았다. 블랙홀의 질량이 작을수록 관측하기 어렵기 때문에 ‘빛의 메아리 효과’를 이용했다. 블랙홀로 빨려들어가는 빛이 블랙홀 주변을 회전하는 가스구름에 반사되는 효과다. 마치 메아리가 시간차로 들리듯이, 블랙홀 주변의 가스구름에서 나온 빛이 블랙홀과 가장 가깝게 도는 강착원반에서 나온 빛보다 더 늦게 지구에 도착하는 시간차를 측정했다. 

결과는 “지금까지 측정한 빛의 메아리 효과 중에서 가장 짧은” 80분. 

블랙홀에서 가스구름 영역 간의 거리를 알아내고 블랙홀 질량을 계산하니 태양보다 약 1만배 무거운 중간질량 블랙홀이었다. 과거에도 여러 천문대가 연구팀이 관측한 것과 동일한 블랙홀을 빛의 메아리 효과로 측정하려 했지만 번번이 실패했다. 중간질량 블랙홀의 존재를 확인함으로써 우주 초기 블랙홀의 형성을 알 수 있는 중요한 단서가 생겼다.  

우 교수는 연세대 천문학과 졸업 후 예일대 박사학위를 받았으며 천문학계 명예로 꼽히는 나사 허블 펠로우십을 받았다.