연구성과 우종학 교수 연구팀, 은하중심의 중간질량 블랙홀 최초로 발견

블랙홀 기원을 밝힐 잃어버린 고리, 중간질량 블랙홀 찾다 - 빛의 메아리 효과를 이용하여 태양 10,000배의 블랙홀 질량 측정           물리천문학부 우종학 교수 (제1저자, 교신저자) 조호진 연구원/대학원생 (제 2저자)       o  블랙홀의 기원에 중요한 단서가 되는 중간질량 블랙홀을 최초로 확인한 연구결과가 나왔다. 서울대학교 우종학 교수 연구팀은 1천4백만 광년 떨어진 왜소은하 NGC 4395 중심의 블랙홀 질량을 연구한 결과가 Nature Astronomy에 6월 10일자(영국 시간 기준, 한국시간 기준으로는 6월 11일 오전 01시)로 온라인 출판될 예정이라고 말했다. 은하 중심에 존재하는 블랙홀들은 태양보다 백만 배 이상 무거워 거대질량 블랙홀로 불리지만, 이번 연구는 그보다 백배 이상 가벼운 중간질량 블랙홀을 왜소은하 중심에서 찾아낸 결과다. 블랙홀의 기원은 블랙홀 연구의 주요한 과제로 남아 있으며, 중간질량 블랙홀의 존재를 확인한 이번 연구결과는 우주초기에 형성된 블랙홀 씨앗을 이해하기 위한 중요한 단서가 된다.    o  중간질량 블랙홀의 존재에 관해서 오랫동안 논란이 있었다. 블랙홀의 기원은 태양의 수십 배 가량되는 별블랙홀(stellar black hole)에서 시작되었다고 보는 ‘가벼운 씨앗(light seed)’ 시나리오와 거대한 가스구름에서 시작되었다는 ‘무거운 씨앗(haevy seed)’ 시나리오가 경쟁하고 있다. 이번 연구로 확인된 왜소은하 중심의 중간질량 블랙홀은 만일 무거운 씨앗에서 기원했다면 거의 성장하지 않고 초기우주의 원시 블랙홀의 흔적을 갖고 있을 것으로 기대된다.    o 은하와 블랙홀은 서로 상호작용하며 공동진화하는 것으로 추정되고 있으나 천문학자들은 블랙홀이 은하의 진화과정에 구체적으로 어떤 영향을 주었는지 밝히기 위한 증거들은 여전히 찾는 중이다. 이번 연구는 중간질량 블랙홀의 경우도 은하와 상관관계를 보이며 은하진화에 블랙홀의 역할이 그다지 필요하지 않다는 반증을 제시하고 있다.   o  블랙홀은 질량이 작을수록 발견하기 어렵다. 블랙홀의 중력이 미치는 공간이 작아서 지구에서 관측하기가 더 어렵기 때문이다. 이번 연구는 빛의 메아리 효과를 이용한 획기적인 방법으로 블랙홀 질량을 측정하였다. 블랙홀에서 광속으로 80분 거리에 있는 가스에서 방출되는 빛이 지구에 80분 늦게 도착하는 메아리 효과를 측정하여 블랙홀 질량을 도출하였다. 한국천문연구원이 참여하는 제미니 천문대와 레몬산 천문대, 미시간 대학의 천문대를 비롯한 전세계 20 여개 천문대를 함께 사용하여 2017년과 2018년 봄에 모니터링 캠페인을 벌였으며, 관측에 성공한 망원경의 자료들을 통해 빛의 메아리 효과를 측정하였다.   < 연구결과 >     10,000 solar mass black hole in a bulgeless dwarf galaxy   Jong-Hak Woo1, Hojin Cho1, Elena Gallo2, Edmund Hodges-Kluck2;3;4,    Hyun Anh Le1;5, Jaejin Shin1, Donghoon Son1, & John C. Horst6  (https://www.nature.com/articles/s41550-019-0790-3)   최근 블랙홀 그림자가 측정된  M87 은하 중심의 블랙홀처럼 은하들의 중심에는 거대질량 블랙홀(태양질량의 백만 배에서 수십 억 배 사이)이 존재한다고 알려져 있다. 측정된 블랙홀과 은하의 질량은 약 1:1000으로 비례하기 때문에 블랙홀과 은하는 서로 상호작용하며 공동진화한다고 추정된다. 반면 블랙홀 질량이 매우 작으면 중력이 미치는 공간도 작아서, 블랙홀의 중력에 의해 빠르게 회전하는 가스나 별의 운동을 측정하기 어렵다. 이런 한계 때문에 태양질량 백만 배 보다 작은 중간질량 블랙홀의 존재는 확증되지 않았으며 많은 논란을 불러왔다.   블랙홀 그림자를 둘러싸는 강착원반에서 나오는 빛은 주변에서 빠르게 회전하는 가스를 이온화시켜 수소선과 같은 방출선을 나오게 한다. 강착원반에서 나오는 빛에 비해 방출선 영역에서 나오는 빛은 두 영역 사이의 거리만큼 지구에 늦게 도착한다. 강착원반의 밝기의 변화는 방출선의 밝기의 변화를 만들고 마치 메아리처럼 지구에 늦게 도착한다. 빛의 메아리 효과 측정은 강착원반과 방출선 영역을 지속적으로 모니터링하여 광도변화의 시간차를 재는 방법이다. 이번 연구는 질량이 작은 왜소은하 NGC 4395 의 중심에 중간질량 블랙홀의 후보로 여겨진 블랙홀을 관측하여 메아리 효과를 80분으로 측정하였으며 가스의 속도 (초속 426킬로미터)와 더불어 블랙홀 질량을 태양질량의 만 배로 측정하였다.   ( 그림 설명 )   (그림1) 왜소은하 NGC 4395과 은하 중심의 블랙홀. 강착원반에서 나오는 빛(연속선)과 방출선 영역에서 각각 나오는 빛(방출선) 의 밝기를 시간에 따라 측정한 그래프 (오른쪽 위). 두 그래프가 보이는 밝기 변화의 시간차 (~80분)는 강착원반에서 방출선 영역까지 빛이 이동하는데 걸리는 시간을 나타낸다. 이 시간차가 방출선 영역의 크기를 알려준다. (빛의 속도로 80분 간 거리)         (그림 2) 빛의 메아리 효과 방출선 영역에서 나오는 빛(방출선)의 밝기 변화는 강착원반에서 나오는 빛(연속선)의 밝기 변화를 따라 변하며, 메아리처럼 시간차를 두고 늦게 관측된다. (강착원반에서 방출선 영역까지 빛이 이동하는데 걸리는 시간이 Δt 라고 하면, 방출선은 연속선에 비해  Δt 만큼 늦게 지구에 도착한다.) 즉 메아리 효과인 Δt를 측정하면 강착원반에서 방출선 영역까지 거리를 구할 수 있다.       ( 용어 설명 )   1. 거대질량 블랙홀: 은하 중심에 위치하고 있으며 태양질량의 백만 배에서 수십 억 배 사이의 해당하는 거대한 질량을 갖고 있다. 2. 중간질량 블랙홀: 태양보다 1,000 ~ 100,000배 무거운 질량을 갖는 블랙홀. 별 블랙홀(태양질량의 수십 배)과 거대질량 블랙홀 사이에 해당되는 질량을 갖는 중간질량 블랙홀이 존재하는가에 대한 논란이 계속되어 왔다. 이번 연구는 은하 중심에 중간질량 블랙홀이 존재한다는 사실을 확인한 결과이다.   3. 강착원반: 가스가 블랙홀로 유입되기 전에 빠르게 회전하며 블랙홀 주변에 만드는 원반 형태의 구조   4. 연속선: 강착원반에서 방출되는 빛 (자외선 및 가시광선)   5. 방출선 영역: 블랙홀의 중력 때문에 빠르게 회전하는 가스 구름. 강착원반의 빛을 받아 이온화된 가스는 특정한 파장의 방출선을 낸다.   6. 방출선: 방출선 영역에서 나오는 특정한 파장 대의 빛. 가령, 이번에 관측한 수소선 (Hα)은 656나노미터의 파장에서 방출된다.   7. 블랙홀 질량: 블랙홀(블랙홀의 강착원반)에서 방출선 영역까지 거리를 측정하고 방출선 영역의 수소 가스의 속도를 측정하여 블랙홀 질량을 결정한다. 가령, 태양의 경우, 태양에서 지구까지의 거리와 지구의 회전속도를 측정하면 태양의 질량을 측정할 수 있는 원리와 같다.   8. 시간차: 강착원반에서 나오는 빛(연속선)이 방출선 영역에 도달하여 방출선을 만들기 때문에, 지구에서 관측하면 연속선에 비해 방출선의 빛이 늦게 도착한다.   9. 메아리 효과: 마치 메아리가 시간차를 가지고 늦게 들리듯, 연속선이 강해지고 약해지는 변화에 비해 방출선이 강해지고 약해지는 변화가 시간차를 두고 늦게 관측된다.   10. 왜소은하: 질량이 작은 은하들이며 그 중에 일부는 중심에 중간질량 블랙홀이 존재할 것으로 추정된다.      □ 관련 보도자료      Big surprises from small supermassive black holes [nature astronomy, 2019/06/11]      Gemini Focuses on a Mid-sized Galactic Black Hole  [Gemini Observatory Press Release, 2019/06/11]      Scientists Discover That This Baffling Black Hole Is Way Smaller Than They Thought It Was [Newsweek, 2019/6/10]      태양질량보다 1만 배 무거운 블랙홀 발견 [동아사이언스, 2019/06/11]      서울대 연구팀, 태양보다 만배 무거운 중간질량 블랙홀 첫 발견 [연합뉴스, 2019/06/11]      은하 중심부서 중간질량 블랙홀 첫 발견…블랙홀 기원 새 단서 [매일경제, 2019/06/11]     블랙홀 기원을 밝힐 잃어버린 고리, 중간질량 블랙홀 찾다.[@별아저씨의 집 -- 우종학의 과학 이야기 & 사는 이야기, 2019/06/11] 

2019-06-11

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새소식 [추도의 글] 한국천문학계의 큰 별이 지다.

홍승수 명예교수님이 타계하신 지 어느새 한 달이 지났습니다. 우리 전공 구본철 교수님께서 물리천문학부 천문학전공을 대표해서 써주신 추도의 글이 사이언스북스 블로그와 네이버 등을 통해 올려져 있어 아래와 같이 옮겨적습니다.  출처: https://sciencebooks.tistory.com/1354 [ScienceBooks]   『하늘을 디디고 땅을 우러르며』. 작년 여름에 발간된 고 홍승수 선생님의 수필집 제목이다. “어느 천문학자의 지상 관측기”라는 부제가 이야기하듯이 한평생 우주를 연구하며 한국 천문학계의 발전에 크게 이바지한 고인은 삶과 인간에 관한 온기가 가득한 관측기를 남기고 2019년 4월 15일에 76세로 우리 곁을 떠났다.  홍승수 교수는 1967년 대학을 졸업하고 무작정 “찌그러진 코펠” 하나를 갖고 유학길에 올라 미국 뉴욕 주립대에서 박사 학위를 받은 후, 영국 케임브리지 대학교와 네덜란드 레이던 대학교 연구원을 거쳐 1978년 3월 모교인 서울대학교 천문학과에 부임하였다. 당시 대학의 척박한 교육 환경 속에서도 매 수업에 열정과 최선을 다하는 고인의 모습과 명징한 목소리의 명강의는 수강생 모두를 감동시켰으며 많은 제자들을 천문학자의 길로 이끌었다.      1979년 강의실에서. 사진: 서울대학교 물리천문학부 천문전공 제공  홍승수 교수는 한국천문학회장과 한국천문올림피아드위원회 위원장을 역임하며 한국의 천문학 발전에 크게 기여하였으며, 은퇴 후에는 국립고흥청소년우주체험센터의 초대, 2대 원장을 역임하면서 청소년을 대상으로 과학문화를 확산하는 데 모든 노력을 기울였다. 원장 퇴임 후에는 충북 제천의 한적한 마을에 여생을 위한 터전을 마련하고 투병 중에도 활발한 강연과 저술 활동을 하였다. 해박한 지식과 풍부한 문학적 감성을 지닌 고인의 강연은 많은 청중들에게 깊은 울림을 주었으며, 그가 번역한 『코스모스』는 자연 과학 도서의 고전으로 자리 잡았다.    1989년 신림동에서 4학년 학생들과. 사진: 서울대학교 물리천문학부 천문전공 제공  고인은 천문학, 특히 성간의 티끌을 연구하는 이유를 “그곳이 우리의 고향이기 때문“이라고 하였다. 하늘의 뜻을 헤아리고 따르는 참 신앙인이기도 한 그에게 우주는 ”흙에서 왔으니 흙으로 다시 돌아갈“ 본인의 고향인 것이다. 고인은 2017년 2월을 맞으며 다음과 같이 적는다.     1998년 연구실에서. 사진: 서울대학교 물리천문학부 천문전공 제공 “정유년의 12분의 1이란 적지 않은 몫의 시간이 벌써 흘렀음을 억울해 한다거나 안타깝게 여긴다거나 하는 게 아니다. 오히려 내가 그 한 달을 잘 살아남았다는 사실에 감사한다. …… 해서 나는 내 등을 내가 스스로 두드려 주고 싶다. ‘승수야, 그래 너 잘 살았어. 잘 했어.’ 이렇게 말이다.“   2016년 5월 15일 충정로 벙커에서. 사진: ⓒ (주)사이언스북스  홍승수 선생님, 수고하셨습니다. 그리고 고맙습니다.    2018년 3월 연남동에서. 사진: ⓒ (주)사이언스북스   - 구본철 교수, 서울대학교 물리천문학부 천문전공을 대표해서

2019-05-17

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새소식 '코스모스' 번역한 천문학자 홍승수 명예교수 별세

   故 홍승수 물리천문학부 명예교수   한국 천문학계의 대부 홍승수 서울대학교 물리천문학부 명예교수가 15일 오후 병환으로 별세했다. 향년 75세. 1944년 서울에서 태어난 홍 교수는 1967년 서울대 천문기상학과를 졸업했다. 1972년 동대학원에서 석사 과정을 수료한 후 미국으로 건너가 1975년 뉴욕주립대 대학원에서 박사 학위를 받았다. 영국 케임브리지대 천문학 연구소, 네덜란드 하위헌스 연구소 등지에서 연구하다가 1978년에 서울대 교수로 임용돼 31년간 재직하고 2009년 정년 퇴임했다. 홍 교수는 칼 세이건의 <코스모스> 국내 번역자로 잘 알려져 있다. 그는 2017년 경향신문과의 인터뷰에서 “<코스모스> 번역을 끝낸 후 내가 받은 한국 과학교육이라는 것이 무지몽매한 것이었구나라는 걸 느꼈다”라고 했다. 이후 동양고전과 한시를 공부하고, 대중 강연 등 천문학의 대중화 노력에도 적극적으로 나섰다. 한국천문학회 회장, 소남천문학사연구소 소장, 한국천문올림피아드위원회 위원장, 국립고흥청소년우주체험센터 원장 등을 역임한 그는 1992년 과학기술처 장관으로부터 우수 과학 도서 번역상, 2009년 한국천문학회 공로상 등을 받았다. 국내외 학술지와 학술회의 논문집 등에 연구 논문 78편을 발표했다.   대표 저서로는 <나의 코스모스> <하늘을 디디고 땅을 우러르며>가 있다. 한평생 하늘을 올려다보며 우주와 별의 기원을 연구한 천문학자이면서 독실한 천주교 신자였던 그는 이제 ‘코스모스’를 향한 영원한 여행을 떠났다. 빈소는 수원 아주대병원에 마련됐다. 17일 오전 10시 서울 개포동성당에서 장례미사가 진행된다. 장지는 경기도 광탄 가족묘지이다. 원문보기: http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201904152100005&code=100402#csidx67c2964dcf2e05898c0e045d9dc16bd     ■ 관련기사   ‘코스모스’ 번역한 원로 천문학자 홍승수 서울대 명예교수 별세 [한국일보, 2019/04/16] 우주로 ‘영원한 여행’…홍승수 명예교수 별세 [경향신문/2019/04/16] `코스모스` 번역 원로 천문학자 홍승수 서울대 명예교수 별세[매일경제/2019/04/16] '코스모스' 번역한 천문학자 홍승수 명예교수 별세 [연합뉴스, 2019/04/16] '코스모스’ 번역한 천문학자 홍승수 명예교수 별세…향년 75세 [스포츠경향/2019/04/16]

2019-04-16

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연구성과 블랙홀 실제 모습 사상 처음 관측, 서울대 사샤 트리페 교수 참여

  물리천문학부 사샤 트리페(Sascha Trippe) 교수     세계 최초로 초대질량 블랙홀의 증거와 모습이 공개됐다. EHT 연구진은 전 세계 협력에 기반한 8개의 전파망원경을 연결한 사건지평선망원경(이하 EHT, Event Horizon Telescope)으로 초대질량 블랙홀 관측에 성공했다고 밝혔다.    EHT 공동 연구진에는 아프리카, 아시아, 유럽, 북미와 남미로부터 모인 200명이 넘는 연구자들이 소속되어 있으며, 한국 참여기관은  천문연, UST, 서울대, 연세대(손봉원: 겸임교수) 등 총 4곳 이며, 서울대학교에서는 물리천문학부 사샤 트리페(Sascha Trippe) 교수가 참여했다.     □ 관련 보도자료   사상 최초로 실제 블랙홀 영상 얻는 데 성공 [한국천문연구원, 2019/4/11]   □ 관련 기사      인류 첫 블랙홀 관측 "일반상대성 이론, 극단적 중력서 증명 [뉴시스1, 2019/04/11]     ‘블랙홀’ 실체 사상 최초 관측…‘지구 크기’ 가상 망원경 동원 [KBS, 2019/04/11]     사상 첫 블랙홀 모습 공개…한국 연구진도 참여 [연합뉴스, 2019/04/11]     블랙홀 영상 한국 연구진 “고리 하나가 이렇게 사람들을…”  [한겨레, 2019/04/11]  

2019-04-11

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새소식 물리천문학부 이형목 교수, '제28회 수당상' 수상

   물리천문학부 천문학전공 이형목 교수       물리천문학부 천문학전공 이형목 교수(現 한국천문연구원 원장)가 삼양그룹 수당재단(이사장 김상하 삼양그룹 회장)이 수여하는 '제28회 수당상' 수상자로 선정되었습니다.   올해 수당상 수상자는 3인으로 △기초과학부문 이형목 서울대학교 물리·천문학부 교수(63) △응용과학부문 권익찬 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원(60) △인문사회부문 이태진 서울대학교 국사학과 명예교수(76) 입니다.   이형목 교수는 2009년 한국중력파연구협력단(KGWG)을 이끌고 국제 공동 연구 기관인 미국의 ‘라이고(LIGO) 과학협력단(LSC)’에 정식으로 참여해 2015년 인류 최초의 중력파 검출에 기여하는 등 한국 천문학계의 중력파 연구 발전에 공헌하였습니다.   수당상은 삼양그룹 창업주 수당 김연수 선생의 인재육성 정신을 계승·발전시키기 위해 제정된 상으로, 1973년 수당과학상에서 2006년부터 기초과학·응용과학·인문사회 3개 부문으로 확대 시행되고 있습니다.   제28회 수당상 시상식은 오는 5월 9일 오후 5시 서울 소공동 롯데호텔에서 열리며 수상자에게는 상패와 함께 1억 원의 상금이 수여됩니다.   □ 관련 기사     삼양그룹 수당賞 이형목·권익찬·이태진 [매일경제 MBN, 2019/04/10]     이태진·이형목 교수·권익찬 연구원, 28회 '수당상' 수상[파이낸셜뉴스, 2019/04/10]

2019-04-11

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