1만 2천 광년 떨어진 블랙홀, 지구 쪽으로 제트를 뿜고 있다

지구에서 약 1만2,000광년 떨어진 블랙홀이 빛의 속도에 크게 못 미치지 않는 속도로 플라스마 제트를 쏘아 올리고 있으며, 그 제트는 대체로 우리 쪽을 향하고 있다. 먼지에 가려진 쌍성계로 목록 번호 IRAS 18293-0941로만 알려진 이 천체는, 먼 은하 중심부에서 빛나는 블레이저의 항성 질량 버전인 ‘마이크로블레이저’의 가장 강력한 사례로 꼽힌다.

이 사실이 중요한 이유는 두 가지다. 지금까지 알려진 모든 블레이저는 수백만 또는 수십억 광년 거리에 있어, 은하수 안에 있는 소형 블레이저는 말하자면 바로 옆의 실험실이 된다. 또한 발견 연구팀은 우리 반대 방향을 향한 이 계의 두 번째 제트가 가스 구름과 충돌하면서 입자를 약 1경 전자볼트까지 가속하고 있을 수 있다고 주장한다. 이는 대형 강입자 충돌기에서 만들어지는 양성자 빔의 에너지보다 100배 이상 높다.

블랙홀이나 중성자별이 동반성에서 가스를 끌어당긴 뒤 그 일부를 두 개의 좁은 제트로 다시 내뿜는 쌍성계인 마이크로퀘이사는 수십 년 전부터 알려져 왔다. 이런 제트가 우리의 시선 방향 가까이를 향하면, 상대론적 효과 때문에 우리 쪽으로 질주하는 절반은 훨씬 밝아 보이는 반면 멀어지는 절반은 거의 사라진다. 도플러 부스팅이라 불리는 이 효과가 블레이저를 그토록 밝게 보이게 한다. 은하계 버전의 존재는 오래전부터 예측됐지만, 앞선 후보들은 모두 면밀한 검증을 견디지 못했다.

먼지 장벽 뒤에 숨은 제트

스페인 하엔대학교의 주저자 호세프 마르티(Josep Martí)는 “이 천체는 먼지가 너무 많아 일반적인 광학 영상에서는 사실상 보이지 않는다”고 말했다. 이 천체는 엑스선 쌍성일 가능성이 있는 대상으로 지목됐으며, 그의 표현을 빌리면 “수십 년 전에 목록에 올랐다가 거의 잊힌” 천체였다.

먼지를 통과하는 전파가 그 존재를 드러냈다. 수년 간격으로 촬영된 관측 탐사 영상은 모두 한쪽에 콤팩트한 중심부와 단 하나의 로브를 보여줬고, 반대편에는 아무것도 없었다. 이는 일회성 폭발이 아니라 지속적인 제트의 흔적이다.

Very Large Array의 보관 영상과 여러 대륙의 전파망원경을 하나의 가상 망원경으로 연결하는 European VLBI Network의 8시간 관측은, 가장 작은 규모에서 로브에 이르기까지 동일한 단방향 제트를 추적했다. 우리 쪽으로 다가오는 제트는 짝을 이루는 반대편 제트의 어떤 흔적보다도 최소 26배 밝으며, 이는 우리 시선 방향에서 약 48도 이내의 각도로 빛의 속도 3분의 2보다 빠르게 움직이는 가스를 필요로 한다. 예시로 빛의 속도의 4분의 3을 적용하면 각도는 약 26도가 된다.

결정적인 검증은 위치였다. 1,000분의 1각초 단위까지 측정한 제트의 전파 위치는 European Space Agency의 Gaia 위성이 파악한 별의 위치와 일치했다. 이로써 은하수의 별 뒤에 놓인 먼 활동은하라는 통상적인 가짜 후보를 배제했다. 네덜란드 Joint Institute for VLBI ERIC의 베니토 마르코테(Benito Marcote)는 “이로써 확인됐다. 제트는 이 항성계에 속한다”고 말했다.

스페인 망원경과 Zwicky Transient Facility의 광학 모니터링은 이 쌍성의 공전 주기인 11.38일마다 반복되는 불과 0.02등급의 밝기 변동을 발견했다. 식 현상 없이 이처럼 작은 변동만 나타난다는 것은 공전면을 약 20도 기울어진 거의 정면 방향에서 보고 있다는 뜻이다. 그 공전면에 수직으로 방출되는 제트는 전파 자료가 말해주듯 정확히 우리 쪽 가까이를 향해야 한다. Calar Alto의 스펙트럼은 뜨겁고 무거운 거성 또는 초거성 동반성이 초당 300~400킬로미터의 속도로 먼지 외피 안으로 가스를 방출하고 있음을 시사한다.

반대편 제트가 구름과 충돌하다

우리 쪽을 향한 제트는 희박한 가스와 만나 넓고 희미한 거품으로 퍼진다. 반대 방향의 제트는 수십 파섹 떨어진 곳의 조밀한 물질과 충돌할 때까지 좁은 형태를 유지한다. 파섹 1개는 약 3.26광년이다. 그곳에서 남아프리카 MeerKAT 배열의 전파 영상은 빛나는 수소와 따뜻한 먼지로 둘러싸인 콤팩트한 핫스폿을 보여준다. 이는 배가 만드는 선수파와 같은 충격 전선이다.

일산화탄소 가스 탐사는 같은 거리인 3.6킬로파섹에서 그 시선 방향을 따라 대형 분자 구름이 놓여 있음을 보여주며, 연구팀은 이를 바탕으로 1만2,000광년이라는 수치를 도출했다. 이 핫스폿은 중국의 Large High Altitude Air Shower Observatory가 검출한 100테라전자볼트 이상 감마선 원천 LHAASO J1831-1007u*와도 겹친다.

하엔대학교의 공동저자 페드로 루케-에스카미야(Pedro Luque-Escamilla)는 “가속기 엔진과 표적이 수십 파섹 떨어진 서로 다른 두 천체라는 점이 이 연구의 묘미”라고 말했다. 연구팀의 모형에서 제트가 가속한 양성자는 구름으로 빠져나가 그 가스와 충돌하고, 그 결과 파이온이라 불리는 수명이 짧은 입자가 만들어진다. 이 입자들은 붕괴해 LHAASO가 관측하는 감마선을 생성한다. 약 10태양질량 블랙홀이 격렬한 속도로 물질을 흡수하는 구조를 바탕으로 한 이 모형은 전파부터 최고 에너지 감마선까지 이 계의 빛을 재현한다.

다른 천체들과의 비교

다른 은하의 블레이저는 태양 질량의 수백만~수십억 배에 이르는 초대질량 블랙홀에서 에너지를 얻으며, 가장 가까운 축에 드는 Markarian 421조차 약 4억 광년 떨어져 있다. IRAS 18293-0941은 약 10태양질량으로 모형화된 블랙홀이 동력원이며, 약 2만6,000광년 떨어진 은하수 중심의 블랙홀 Sagittarius A*보다 우리에게서 절반도 안 되는 거리에 있다.

앞선 경쟁 후보들은 끝내 검증을 통과하지 못했다. V4641 Sagittarii는 지속적인 제트와 그 방향에 대한 독립적인 측정값이 없었고, 블랙홀 쌍성 4U 1543-47은 폭발 상태일 때만 우리 시선 방향에서 27도 미만으로 기울어진 단방향 제트를 만들어냈다. IRAS 18293-0941은 수년에 걸친 탐사 관측에서도 같은 모습으로 보이는 제트와 별도로 측정 가능한 공전 궤도 기울기를 모두 갖추고 있다. 이는 천문학자들이 블레이저를 분류하는 데 사용하는 조합이다.

이 계는 은하에서 가장 높은 에너지의 빛과 연결된 마이크로퀘이사 목록에도 새롭게 합류한다. 감마선 관측소들은 최근 SS 433과 V4641 Sagittarii를 초고에너지 방출과 연결했으며, 이는 초신성 잔해만이 은하수의 주요 입자 가속기가 아니라는 증거를 더한다.

아직 결론 나지 않은 점

논문 자체도 IRAS 18293-0941을 확정 사례가 아닌 “설득력 있는 은하계 마이크로블레이저 후보”라고 표현한다.

블랙홀의 질량은 아직 측정되지 않았다. 10태양질량이라는 수치는 모형의 가정이며, 동반성의 종류도 불확실하다. 먼지가 별빛을 심하게 가리기 때문에, 더 희귀하고 불안정한 유형의 무거운 별인 청색광변광성일 가능성도 배제할 수 없다.

거리 역시 두 번째 약점이다. Gaia는 형식상 음의 시차를 반환했는데, 이는 사용할 수 있는 거리 정보를 제공하지 못한다. 더 오래된 연구들은 이 계를 8~9킬로파섹 거리, 즉 두 배 이상 더 먼 곳에 위치한 것으로 추정했다. 1만2,000광년이라는 수치는 제트가 실제로 3.6킬로파섹 거리에 있는 구름과 충돌하고 있다는 가정에 기반한다.

전형적인 블레이저의 특징 하나도 빠져 있다. 바로 빠른 깜빡임이다. 연구팀은 1시간 이내의 광학 변동을 0.01등급 수준까지 찾아냈지만 발견하지 못했으며, 먼지 외피가 빠른 변화를 완화한다는 설명을 제시했다. 그럴듯한 설명이지만 여전히 검증이 필요하다.

마지막으로 감마선과의 연결은 위치와 모형에 의존한다. LHAASO J1831-1007u*는 앞서 같은 복잡한 영역 내의 다른 천체들과 잠정적으로 연결된 바 있으며, 제트의 속도와 각도도 직접 측정값이 아니라 한계값이다.

마이크로블레이저에 관한 일반적인 질문

마이크로블레이저란 무엇인가?

마이크로블레이저는 제트가 우리 시선 방향 가까이를 향하는 마이크로퀘이사다. 항성 질량 블랙홀 또는 중성자별이 동반성을 흡수하며 제트를 방출하는 쌍성계다. 제트가 대체로 우리 쪽을 향하기 때문에 상대론적 효과로 더 밝게 보이며, 이는 먼 은하의 거대 블레이저와 같다.

지구를 향한 블랙홀 제트는 위험한가?

아니다. IRAS 18293-0941은 약 1만2,000광년 떨어져 있으며, 우리 쪽을 향한 제트는 그 발생원 가까이에서 넓고 희미한 거품으로 퍼진다. 지구에 도달하는 것은 민감한 관측소만 검출할 수 있는 희미한 전파 방출, 엑스선 및 감마선이다.

IRAS 18293-0941은 얼마나 떨어져 있는가?

연구팀은 제트가 충돌하는 것으로 보이는 분자 구름을 토대로 약 3.6킬로파섹, 즉 약 1만2,000광년으로 추정한다. 이는 은하수 중심까지 거리의 절반도 안 되지만, 과거 추정치는 그보다 두 배 이상 먼 거리였다.

마이크로퀘이사와 블레이저의 차이는 무엇인가?

둘 다 물질을 흡수하는 블랙홀에서 나오는 제트다. 블레이저는 은하 중심부에 있는 태양 질량의 수백만~수십억 배 초대질량 블랙홀이 동력원이며, 그 제트는 우리를 향한다. 마이크로퀘이사는 쌍성계 안에 있는 수 태양질량의 블랙홀 또는 중성자별이 동력원이다. 마이크로블레이저는 이 둘을 결합한 개념으로, 제트가 우연히 우리 방향을 향하는 마이크로퀘이사다.

스페인, 네덜란드, 아르헨티나 연구진으로 구성된 연구팀의 이 연구는 2026년 9월 1일 사전 공개 논문으로 게시됐고 Astronomy & Astrophysics에 게재 승인됐다. Netherlands Research School for Astronomy는 9월 22일 이를 발표했다. 연구에는 2024년 5월 26일 가동된 European VLBI Network, 2024년까지의 광학 모니터링, 2025년 중반의 Calar Alto 스펙트럼이 활용됐다. 다음 단계는 충돌 지점에 대한 표적 후속 관측이다. 마르코테는 “제트가 충돌하는 핫스폿에 대해 더 많은 관측을 계획하고 있다”고 말했다.

참고문헌: Martí et al., “A Galactic microblazar as a potential accelerator of ultra-high-energy particles,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202661105

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