기초과학

중국과학자 X선 극히 밝은 별 연구분야의 성배(Holy Grail) 를 획득

발행일 : 2013 / 11 / 29

2013년 11월 28일 「네이처」지는 중국과학원 국가천문대 류지펑(劉繼峰) 연구원이 이끄는 국제팀이 나선형 은하(Spirals)에 위치한 X선 극히 밝은 광원(Very light source) M101 ULX-1에 대한 연구성과를 발표하였다. 원고 심사자는 이 성과가 “해당 영역의 성배(Holy Grail)를 빼앗았다”고 높이 평가하였다.

1990년대 이후 미국 항공우주국(NASA)이 15억달러(약1조8천억원)를 들여 만든 찬드라(Chandra) X선 우주망원경과 유럽우주국이 7억유로를 들여 만든 XMM뉴턴 X선 우주망원경이 사용에 투입되면서 천문학자들은 멀리 떨어진 은하계에 있는 X선 극히 밝은 별을 잇달아 발견할 수 있게 되었다.

하지만 그동안 국제 천체물리계에서는 이러한 X선 극히 밝은 광원의 본질을 밝히지 못하였다. 연구 핵심은 동력학적 방법으로 시스템 중심 블랙홀의 질량을 측정하는 것이다. 중심 블랙홀의 질량 확정은 이러한 유형의 천체 본질에 관한 논쟁을 해결하였을 뿐만 아니라 블랙홀의 형성, 블랙홀 방사메커니즘에 대한 이해와 인식을 증진할 수 있기 때문에 천문 및 천체물리 연구분야의 세계적인 인기연구과제가 되었다.

X선 극히 밝은 광원에 대한 동력학 측정원리는 동반성 스펙트럼 이동을 관측하는 것을 통해 중심 블랙홀의 질량을 추측하는 것이다. 하지만 이러한 별이 너무 멀리 떨어져 있는데(일반적으로 몇천만 광년) X선을 조사하면 블랙홀 강착원판으로 생성된 빛 오염도 매우 강하기 때문에 측정하기 매우 힘들다.

지금까지 유럽과 미국학자들은 최첨단 관측장비인 8-10미터급 광학/적외선망원경을 이용해 장시간 관측을 시도하였으나 성공하지 못하였다. 이리하여 중심 블랙홀 질량의 정확한 측정은 학계에서 추구해 온 목표가 되었고 X선 극히 밝은 광원 분야의 “성배(The Holy Grail)”라는 미명이 붙을 정도였다.

중국과학원 국가천문대의 류지펑(劉繼峰)연구원이 이끄는 국제연구팀은 정밀한 설계를 통해 연구방안을 고안했고 미국 하와이에 있는 8미터급 대형 제미니망원경(Gemini Telescope)과 10미터급 켁 망원경(Keck Telescope)을 이용해 각각 20시간 동안의 관찰을 신청하였고, 3개월에 걸쳐 나선형 은하계의 X선 극히 밝은 광원 M101 ULX-1에 관한 연구를 수행한 결과, 그 중심 천체의 질량이 항성과 유사한 블랙홀임을 확인하였다. 이 연구는 국제적으로 X선 극히 밝은 광원 동력학적 방법을 통해 지금까지 유일하게 질량 측정에 성공한 성과이다.

중국 과학자와 연구기관이 모두 제1저자와 제1연구기관으로 2013년 11월 28일에 「네이처」에 발표하였으며, 원고 심사자에 의해 “해당 분야의 성배를 빼앗았다”고 높이 평가되었다.

2200만 광년 보다 먼 곳에 위치한 이 블랙홀 쌍성계는 인류가 지금까지 발견한 지구에서 가장 멀리 떨어진 블랙홀 쌍성계이다. 류지펑 연구팀은 쌍성계에 대한 X선 스펙트럼 특성 분석을 통해, 발견한 최신 관측현상으로부터 블랙홀에 의해 흡착되기 힘들다는 “대표적인” 연구결과로 해석되었고, 기존의 이론틀의 범주에서 벗어났다. 네이처는 같은 호 「News and Views」에 의해 주간 Press Release로 선정되었다.

류지펑 연구원은 이전에 북경대학과 미국 미시간대학에서 각각 이학학사, 이학석사와 철학박사 학위를 받았다. 박사후 과정은 미국 NASA Einstein Fellow에 입선되었고 미국 하버드대학에서 고에너지 천체물리연구를 수행했다.