은하의 병합은 두개의 은하가 충돌하면서 약 20억년동안 서서히 합해져 하나의 은하로 다시 태어나는 과정을 말한다.
이렇게 되면 각각의 은하 중심에 있던 두개의 블랙홀도 합해져 나중에 하나의 블랙홀이 되는데 블랙홀은 빛을 내지 않기 때문에 관측이 어렵고 특히 은하병합 후기의 쌍둥이 블랙홀은 서로 가까이 붙어 있어 찾기가 더욱 힘들다.
따라서 지금까지 엑스선 관측으로 확인된 두개의 쌍둥이 블랙홀은 모두 병합 마지막 단계가 아니라 은하병합 초기의 것일 뿐이다.
그런데 서울대 우종학 교수팀이 포함된 독일과 미국 등의 공동 연구진이 은하병합 후기의 쌍둥이 블랙홀을 사상 처음으로 발견했다.
우 교수팀 등은 칠레 북부에 있는 유럽 남천문대의 구경 8.4미터 짜리 거대 망원경과 허블 우주망원경의 자료를 활용했다.
블랙홀 근처의 가스운동을 측정하는 방식으로 두개의 쌍둥이 블랙홀의 존재와 그 위치를 알아낸 것이다.
블랙홀은 직접 관측이 어렵지만 가스가 유입되면 막대한 에너지가 빛으로 방출되기 때문에 존재를 확인할 수 있다는 사실을 이용한 것이다.
연구팀은 블랙홀 주변에서 이온화돼 방출되는 가스를 추적했는데 첨단분광기를 이용해 은하 중심부의 가스의 분포와 운동을 정밀하게 측정했다.
그 결과 두 개의 가스 성분이 서로 다른 위치에서 서로 다른 속도를 갖는 것을 확인하고, 이 가스 성분이 두 개의 은하핵의 위치와 일치함을 통해 형과 아우 블랙홀을 찾아냈다.
우종학 교수는 “두 개의 쌍둥이 블랙홀이 수억 년 후 수 광년 거리만큼 가까워지고, 결국 충돌을 통해 하나의 블랙홀로 재탄생할 것으로 예상된다”고 밝혔다.
이 사건은 지구에서 45억 광년 떨어진 은하의 중심부에서 발생한 것으로 약 2,600광년 떨어져 있는 두 은하의 핵이 점점 가까와 지고 있으며 각각의 핵에 각각의 블랙홀이 존재하는 증거를 찾은 것이다.
우 교수팀의 이번 연구결과는 영국 왕립천문학회지 온라인판 11월 11일자에 실렸다.