우리가 알고 있던 블랙홀 사진은 잘못됐다?

2019년 천문 학자들은 거대한 타워나 m87 중심에 있는 초 거대질량 블랙의 모습을 포착하는데 성공했습니다 북극에서 남극까지 지구 전역에 깔린 전파 경을 총동원한 역사적인 프로젝트 이벤트 호라이젠 텔레스코 통해서 이룬 성과였고 이후 2022년 이번엔 우리 은나 중심에 살고 있는 궁수자리 에이스타 블랙홀의 모습까지 포착하는데 성공했습니다 우리은하 중심에 있는 블랙홀이 거린 훨씬 가깝지만 관측에 더 시간이 걸린 이유는 워낙 높은 도의 별과 먼지 구름으로 시야가 빽빽하게 가려져 있어서 오히려 난이도가 더 어렵기 때문이죠 얼핏 생각하면 블랙홀의 사진을 찍는다는게 말이 안 된다고 생각할지도 모르겠습니다 블랙홀 검은 구멍이란 이름 자체가 중력이 너무나 강해서 빛조차 빠져나오지 못하기 때문에 쉬어진 이름이니까 그런데 아무런 빛도 나오지 않는 블랙홀의 모습을 대체 어떻게 사진으로 찍는 걸까요 사실 엄밀하게 말하면 블랙홀 자체를 찍는 건 불가능합니다 하지만 블랙홀의 사건의 지평선 넘어 그 바깥에서 세어나오는 빛은 충분히 볼 수 있지요 블랙홀은 아주 강한 중력으로 주변에 많은 물질을 끌어당깁니다 블랙홀 곁에 빠르게 도는 물질은 뜨겁게 달궈지고 빛을 내죠 그 빛은 적을 본 것이 바로 지난 두 장의 관측 사진입니다 m87 중심과 우리유나 중심 블랙홀 모두 특징적인 빛의 고리의 모습을 보여줍니다 한 가운데는 까맣게 텅 비어 있죠 바로이 안에 빛 쫓아 빠져나오지 못하는 우주의 가장 깊은 어둠 사건의 지평선이 숨어 있습니다 사건의지 평선 너머로 들어간 빛은 절대 밖으로 탈출할 수 없지요 블랙홀 자체는 점이지만 보통 천문학자들은 블랙홀의 사이즈를 비교할 때이 사건의 지평선의 크기를 갖고 비교합니다 아쉽게도 사건의 지평선 내부에서는 무슨 일이 벌어지고 있는지 아무도 알지 못하죠 대신 우린 블랙홀 주변 극단적으로 휘어진 시공간을 따라 날아온이 빛의 고리의 모습만 볼 수 있습니다 마치 주황색의 도넛처럼 보이는 바로이 모습이 인류가 지금까지 확인한 블랙홀의 그림자요 사건의 지평선 환경으로 관측한 데이터는 현재 누구나 볼 수 있도록 공개되어 있습니다 그런데 최근이 아카이브 데이터를 분석한 일부 천문학자들에 의해서 흥미로운 문제가 제기되고 있는데요 우리에게 널리 알려진이 주황색 도넛 모양의 블랙홀 이미지가 어쩌면 잘못되었다는 주장입니다 일부 천문학자들은이 유명한 주황색 도노 모양의 블랙홀 이미지를 제어하는데 실패했다고 주장하죠 과연 우리가 그동안 알고 있었던 블랙홀의 초상화 속 이미지는 정말 가짜였던 걸까요 우주먼지 현자타임즈 최근 천문학계에서 붉어지고 있는 블랙홀의 사진과 관련된 아주 뜨거운 논쟁에 대한 이야기를 소개합니다 사건의 지평선 마경이 겨냥했던 두 블랙홀은 사실 우리의 하늘에서 아주 작은 크기로 보입니다 우리 은하 중심에 있는 궁수자리 에이스타 블랙홀은 태양 질량의 400만 배 정도의 질량을 갖고 있는데요이 블랙홀의 사건의 지평선 크기는 겨우 1억 6천만 km 수준입니다 수성 궤도의 지름 정도밖에 안 되죠 그런데이 블랙홀은 우리 지구에서 무려 27,000 광년 거리에 떨어져 있습니다 지구의 하늘에서이 블랙홀의 사건의 지평선은 고작 0.00 1도 정도 업이 정말 작은 점 수준으로 작게 보이죠 간단하게 비유하면 달정도 거리에 떨어진 작은 도넛을 보는 수준입니다 m87 중심의 블랙홀도 마찬가지죠이 정도로 작은 천체를 선명하게 구분 보려면 아주 거대한 마경이 필요합니다 거의 지구 크기만한 거대한 접시가 있어야 하죠 물론 그 정도로 거대한 마음 경은 지을 수 없습니다 대신 천문학자 들은 지구 전역에 분산된 전파 마경의 관측 데이터를 동기화해서 합치는 방식을 활용했죠 이렇게 여러 대의 전파 만원경으로 동일한 천체를 관측하는 방식을 전파 간섭계 부릅니다 다만 전파 간섭계 태생적인 한계가 있습니다 가장 이상적이 라면 지구의 모든 면적을 다 전파 만원경으로 채우면 되겠죠 하지만 그건 불가능합니다 그래서 거대한 전파 간섭계 곳곳엔 빈틈이 생기죠 여러 개의 조각 거울을 다 모아서 하나의 매끈한 거울을 만들지 못하고 중간 중간 구멍이 뚫려 있다고 볼 수 있습니다 그래서 천문학자들은 인공지능 알고리즘을 통해서 중간중간 미쳐 채우지 못한 거울 조각에 어떤 모습이 관측되었고 추적해서 지난 블랙홀 이미지를 완성했죠 그런데 최근 일본의 천문의 학자들이 현재 공개되어 있는 사건의 지평선 마경 관측 결과를 활용해서 주황색 도넛 모양을 하고 있는 그 유명한 블랙홀 이미지를 똑같이 제한할 수 있는지를 분석했습니다 그리고 그 결과 그들은 주황색 도넛을 완성하지 못했죠 대신 그들은 고리 모양이 아닌 단순히 하나의 덩어리진 이미지만 만들었습니다 그들은 기존의 사건의 지평선 마경 관측 으론 블랙홀 주변 빛의 고리와 사건의 지평선을 선명하게 구분하기 불가능하다는 문제를 제기하고 있지요 이들이 제기하는 문제의 핵심 중 하나는 기존의 블랙홀 이미지에서 구현된 빛의 고리의 사이즈가 현재 사건의 지평선 만원경으로 분해할 수 있는 가장 작은 사이즈의 한계와 거의 비슷하다는 겁니다 천문학에서 광원에서 날아온 빛이 얼마나 퍼져 보이는지를 포인트 스프레드 펑션 psf 나타내는데요 원래 한 점으로 보여야 하는 빛은 망원경을 거치면서 사방으로 둥글고 펑퍼짐하게 퍼져 보입니다 이러한 형태를 psf 아고 부르죠 이번 문제를 제기한 연구진은 당시 관측에서 사용된 망원 경들의 배치와 성능을 고려할 때 상이 얼마나 펑퍼짐하게 보일지 그 psf 한계를 보면 사진에 찍힌 빛의 고리와 거의 사이즈가 비슷하다고 문제를 제기하고 있습니다 그래서 선명한 빛의 고리의 형태보다는 오히려 하나로 뭉게진 얼룩의 모습으로 보였어야 한다고 주장하죠 특히 기존의 사건의 집 형선 마경 팀이 이미지를 재구성하기 위해서 인공지능 알고리즘을 사용했던 과정에 대해서도 일종의 오류가 있었다고 주장합니다 당시 사건의 지평선 망원경 팀은 이론적으로 구현된 블랙홀의 이미지의 모델을 바탕으로 관측 데이터를 재구성했습니다 그런데 애초에 이론적으로 구현된 모델 이미지 자체가 가장 이상적인 상황에 해당하는 빛의 고리의 형태 이미지였어 따라서 실제 관측 성능이나 한계에 맞지 않은 그저 이상적인 고리 형태 이미지를 바탕으로 알고리즘을 학습시켰다 실제로 론 보이지 않았던 고리 형태 이미지가 가짜로 만들어졌다는 가능성이 있다고 추적하고 있습니다 사실 지난 2022년 6월 사건의 지평선 마경 연구팀은이 미호시 연구팀의 첫 번째 문제 제기에 대해서 짧은 답변을 개시했는데 그들은 자신들의 관측 결과에 대한 공개적인 검증에 대해선 환영한다고 밝혔지만 미호 시의 연구 팀이 자신들의 관측 결과에 대해서 잘못 오해하고 있다고 지적했습니다 하지만 당시에는 별다른 자세한 설명을 덧붙이지 않았죠 결국 미우의 연구팀은 연이어서 m87 은화 중심 블랙홀의 이미지 분석에서도 치명적인 문제가 있었고 마찬가지로 빛의 고리는 실제 관측되지 않은 허상이라는 취지의 논문을 발표했습니다 그리고 사건의 지평선 마은경 팀에게 더 자세한 반박을 개시하려고 요구했죠 이후 몇 개월 동안 사건의 지평선 마경 팀은 별다른 반박 없이 잠잠했다가 최근이 공식 블로그를 통해서 미오시 팀의 분석에 대한 보다 자세한 반박을 개시했는데 우선 사건의 지평선 마경 연구팀은 미오시 팀이 우리은하 중심 블랙홀의 변동성을 크게 고려하지 않았다고 지적합니다 우리나 중심 블랙홀은 m87 중심 블랙홀에 비해 훨씬 질량과 규모가 작습니다 그만큼 주변 사건의 지평선의 크기도 작고 블랙홀에 붙잡힌 물질도 더 빠르게 회전하지 블랙홀 주변 빛도 더 빠르게 요동치고 계속 모습이 바뀝니다 실제로 우리나 중심 궁수자리 스타 블랙홀 주변 빛의 모습은 거의 10분 단위로 요동치는 것으로 추정하고 있습니다 사건의 지평선 마경 팀은 이러한 변동성 아지를 모두 고려해서 시간 간의 변화에 따른 블랙홀 이미지를 하나하나 재구성한 것이라고 밝혔죠 하지만 미오 시의 분석에는 이런 변동성에 대한 고려가 충분하지 않다고 지적했습니다 또 이후에 진행되었던 편광 관측에서 블랙홀 주변 빛의 고리의 존재가 확인되었다는 증거를 제시했습니다 실제로 사건의 지평선 마은경 연구팀은 블랙홀 주변에 편광된 빛을 관측해서 그 주변 자기장이 어떻게 꼬였 있는지에 대한 관측 증거도 제시한 적이 있는데요 이것을 근거로 그들은 미오시 팀의 반박에 대해서 다시 재반박을 내놓았죠 하지만 건의 지평선 마경 연구팀도 처음에 비해선 다소 한발짝 물러난듯한 스탠스를 취했습니다 그들은 미요시 연구팀의 주장에 대해 반박을 제기하면서도 사건의 지평선 마은경 팀의 해석을 지지하지 않는 또 다른 외부의 분석들도 존재한다는 사실을 인정했습니다 실제로 이젠 미시의 연구 팀뿐 아니라 몇몇 독립된 연구 팀들에서 기존의 고리 모양의 블랙홀 이미지가 왜곡된 결과일 수 있다는 가능성을 제기하는 꽤 흥미로운 상황이죠 다만 한 가지 오해하면 안 되는 부분이 있습니다 문제를 재개하는 천문학자들 모두 블랙홀 주변에 사건의 지평선이 없다는 걸 이야기하는게 아닙니다 다만 아직까지 현존하는 지금의 사건의 지평선 마경의 성능으로는이 동그란 주황색 도넛 모양으로 사건의 지평선까지 보는 것이 조금이를 수 있다고 지적하는 거지요 사건의 지평선이 동그란 고리 모양일 것이라는 기대 아래 학습시켰다 알고리즘을 썼던 바람에 실제론 보이지 않았지만 보고 싶은 걸 보게 된 상황이라는 지적입니다 21세기 인류의 가장 위대한 과학적 성과 중 하나로 손꼽히는 블랙홀의 이미지 촬영 그 역사적인 사진이 어쩌면 잘못된 사진이었습니다 수도 있다니 아직은 어느 쪽에 말이 맞는지 판단하긴 이릅니다 다만 지금 벌어지고 있는 논란을 마치 블랙홀의 존재 자체가 부정되고 있다는 식으로 오해하는 건 조금 곤란합니다 그 누구도 블랙홀이 없다고 이야기하는 건 아니니까요 단지 기존에 우리가 관측했다 블랙홀의 초상화가 정말 사실에 가까운 모습이었는지 아니면 우리의 기대가 투영된 약간 왜곡된 그림이었지 대한 논란이라고 보는게 적당합니다 국 기존의 주황색 도넛 모양의 블랙홀 사진이 잘못된 결과였던 것으로 판정이 나더라도 전혀 실망할 필요는 없습니다 오히려 자신들의 데이터를 꽁꽁 숨기지 않고 공개적으로 누구에게나 검증받을 수 있도록 공개하고 있는이 사건의 지평선 마경 연구팀의 태도를 더 높게 평가할 필요가 있겠죠 그리고이 역시 보다 정확하게 블랙홀의 모습을 새롭게 그려나가기 위해서 우리가 거쳐가는 과정일뿐입니다 과연 주황색 도넛 모양의 블랙홀 사진은 마지막까지 블랙홀의 인증샷으로 남게 될까요 아니면 면 한때 잠깐 오해했던 블랙홀의 왜곡된 모습으로 남게 될까요 과연 앞으로 천문 학자들은 매년 블랙홀의 사진을 기념하면서 주황색의 베이글 주황색의 도넛을 먹으며 기념할 수 있을까요 우주먼지의 현저 타임즈 오늘은 여기서 마칩니다 구독과 좋아요도 부탁드릴게요 우주 먼제 여러분 감사합니다 안녕 n