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[IT뉴스]블랙홀이 먼저냐, 은하가 먼저냐…실마리가 풀렸다

온카뱅크관리자

2026-06-23 09:37:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 곽노필의 미래창 제임스웹으로 빅뱅 7억년후 우주 관측 은하 없이 생긴 초대질량 블랙홀 발견 
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 <img alt="제임스웹우주망원경의 근적외선 분광기(NIRCam)로 촬영한 아벨 2744-QSO1. 천체 앞쪽에 있는 아벨 2744 은하단에 의해 빛이 굴절돼 3개의 작은 붉은 점(A, B, C)으로 나뉘어 포착됐다. 미국항공우주국 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093632408thnc.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="4GvyCACEOM" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093632408thnc.jpg" width="658">
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 제임스웹우주망원경의 근적외선 분광기(NIRCam)로 촬영한 아벨 2744-QSO1. 천체 앞쪽에 있는 아벨 2744 은하단에 의해 빛이 굴절돼 3개의 작은 붉은 점(A, B, C)으로 나뉘어 포착됐다. 미국항공우주국 제공
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 ‘은하가 먼저냐, 블랙홀이 먼저냐’는 우주 진화사에서 ‘닭과 달걀’의 관계와도 같은 논란거리 가운데 하나다.
 블랙홀 개념이 처음 등장한 건 아이작 뉴턴이 만유인력의 법칙을 세상에 발표한 지 약 100년 후인 18세기 말이었다. 중력이 너무 강하면 빛조차 빠져 나오지 못하는 ‘어두운 별’이 존재할 수 있다는 생각이 블랙홀 연구의 시작이었다.
 이 아이디어는 20세기 들어 중력은 시공간을 휘게 만드는 힘이라는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 바탕으로 블랙홀 이론으로 정립됐다. 이후 천문학자들은 중력 계산과 궤도 분석 등을 통해 백조자리와 우리은하 중심에서 블랙홀 천체의 존재를 이론적으로 확인했고, 마침내 2019년 지구에서 5500만광년 떨어진 M87 은하 중심에서 초대질량 블랙홀이 주변 빛을 집어삼키며 만들어낸 윤곽선, 즉 ‘블랙홀의 그림자’를 촬영하는 데 성공했다.
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 <img alt="2019년 발표된 사상 최초의 블랙홀 사진. 지구에서 5500만광년 M87 은하의 초대질량 블랙홀(M87*) 이다. 블랙홀의 엄청난 중력에 빛이 빠져나오지 못해 검은 원이 만들어졌고, 블랙홀 중력에 빨려 들어가는 주변 물질이 빛을 뿜으면서 검은 원 주변에 밝은 고리가 만들어졌다. ETH Collaboration" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093633752ioae.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="8fOCwLwarx" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093633752ioae.jpg" width="658">
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 2019년 발표된 사상 최초의 블랙홀 사진. 지구에서 5500만광년 M87 은하의 초대질량 블랙홀(M87*) 이다. 블랙홀의 엄청난 중력에 빛이 빠져나오지 못해 검은 원이 만들어졌고, 블랙홀 중력에 빨려 들어가는 주변 물질이 빛을 뿜으면서 검은 원 주변에 밝은 고리가 만들어졌다. ETH Collaboration
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 130억광년 거리의 1300광년 크기 붉은점
 블랙홀 존재가 확인된 이후 천문학계는 은하와 블랙홀 중 어느 것이 먼저냐는 문제에 직면했다. 처음엔 둘 사이의 관계에 주목하지 않았으나, 은하 중심부의 질량과 그 안에 있는 초대질량 블랙홀의 질량이 일정한 비율을 보이는 것을 확인한 뒤로 생긴 고민이었다.
 과학자들의 주류는 은하가 먼저 형성된 후 중심부에서 블랙홀이 자라났다고 생각했다. 은하 내 거대한 별들이 핵융합 연료를 소진한 뒤 붕괴해 블랙홀을 형성하고, 이 블랙홀이 주변 물질을 삼키고 시간이 지남에 따라 합쳐져 거대해지는 것으로 봤다.
 하지만 이 이론으로는 초기 우주에서도 태양 질량의 수십억배에 이르는 블랙홀이 존재한다는 사실을 설명하기 어려웠다. 최근 영국 케임브리지대가 중심이 된 국제 공동 연구진이 해묵은 논란을 해소할 실마리가 될 수 있는 연구 결과를 내놨다.
 연구진은 미국항공우주국(나사)이 제임스웹우주망원경(JWST) 관측을 통해 빅뱅 후 7억년밖에 지나지 않은 초기 우주에서 초대질량 블랙홀이 거대한 숙주 은하 없이 형성됐다는 증거를 발견해 국제학술지 네이처와 왕립천문학회월보에 발표했다.
 연구진이 찾은 증거는 지구에서 약 130억광년 떨어진 원시 천체 아벨 2744-QSO1(이하 QSO1). 이 천체는 지름이 1300광년에 불과한 아주 작은 붉은 점 모양의 원시 은하다.
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 <img alt="아벨 2744-QSO1의 3개 사진 중 하나를 확대한 것. 오른쪽은 가스 속도, 즉 자전 속도를 나타낸다. 미국항공우주국 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093635020lfko.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="PlHZyryODP" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093635020lfko.jpg" width="658">
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 아벨 2744-QSO1의 3개 사진 중 하나를 확대한 것. 오른쪽은 가스 속도, 즉 자전 속도를 나타낸다. 미국항공우주국 제공
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 은하 없이 블랙홀 스스로 커졌다는 증거는?
 연구진은 제임스웹의 근적외선 분광기(NIRSpec)를 이용해 이 천체 내부에 있는 수소 가스의 회전 속도를 측정했다. 그 결과 가스가 마치 태양계 행성들이 태양을 도는 것처럼 중심점을 향해 완벽한 ‘케플러 운동(회전 공전)’을 하고 있음을 확인했다. 이는 질량의 대부분이 흩어져 있는 별이 아니라, 중심의 한 점에 집중되어 있다는 걸 뜻한다.
 이를 바탕으로 질량을 계산한 결과, 중심 블랙홀의 질량은 무려 태양의 5000만배에 이르는 것으로 나타났다. 더 놀라운 건 이 블랙홀이 은하 전체 질량의 최소 3분의 2(66%)에 이른다는 점이다. 오늘날 우리가 우주에서 보는 초대질량 블랙홀의 질량은 보통 은하 전체의 0.1% 수준이다. 이와 비교하면 수천배나 높은 기형적 비율이다. 이는 이 블랙홀이 작은 블랙홀이 합쳐지거나 인근 물질을 흡수하면서 형성된 것이 아니라는 걸 말해준다. 숙주 은하가 제대로 자라기 전에, 그리고 별들이 본격적으로 태어나기 전에 블랙홀 스스로 거대한 몸집으로 자랐다는 얘기다.
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 <img alt="빅뱅 직후 태어난 원시 블랙홀의 모습을 묘사한 그림. 일부 학자들은 원시 블랙홀이 초대질량 블랙홀의 전신일 수 있다고 주장한다. 미국항공우주국 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093636316lswx.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="7SOkgQgRrF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/23/hani/20260623093636316lswx.jpg" width="658">
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 빅뱅 직후 태어난 원시 블랙홀의 모습을 묘사한 그림. 일부 학자들은 원시 블랙홀이 초대질량 블랙홀의 전신일 수 있다고 주장한다. 미국항공우주국 제공
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 이론상으로만 존재했던 직접 붕괴 블랙홀 
 이 천체의 성분도 이를 뒷받침한다. 분석 결과 별이 태어나고 죽을 때 생기는 산소 같은 무거운 원소(금속)가 거의 없었으며, 우주 초기의 원시 가스인 수소와 헬륨으로만 이루어져 있었다. 금속 원소의 함량이 태양의 0.5% 미만에 불과했다. 지금까지 관측된 것 가운데 가장 원시적인 환경 가운데 하나였다.
 연구진은 “이는 이론상으로는 존재했지만 아직 확인되지 않았던 원시 블랙홀이나 직접 붕괴 블랙홀의 존재를 뒷받침하는 증거”라고 밝혔다. 논문 공동저자인 케임브리지대의 로베르토 마이올리노 교수(천체물리학)는 “블랙홀의 형성과 성장에 대한 고전적인 이론을 완전히 재검토하게 하는 발견”이라고 말했다.
 *논문 정보
 A direct black-hole mass measurement in a little red dot at high redshift.
 https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
 A black hole in a near pristine galaxy 700 Myr after the big bang.
 https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
 곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
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