'블랙홀 별'이란? 항성과 블랙홀의 하이브리드가 초기 우주의 수수께끼를 풀다

발견된 천체: MoM-BH*-1

이 발견의 중심에 있는 특정 천체는 MoM-BH-1*('블랙홀 별 1호')로 명명되었으며, **'신기루인가 기적인가' 관측 프로그램의 일환으로 발견되었습니다 .

이 천체의 특성은 경이롭습니다:

• 나이: 빅뱅 후 6억 6,000만 년밖에 되지 않은 시점(적색편이 ~10+)에서 관측되어 지금까지 발견된 블랙홀 별 중 가장 먼 천체입니다 .
• 중심 블랙홀 질량: 태양 질량의 약 10만 배에 달합니다 .
• 에너지 방출량: 알려진 어떤 별보다 약 1,000억 배 더 밝으며, 이는 항성 핵융합이 아닌 블랙홀의 물질 흡수 과정에서 나오는 전형적인 에너지 준위입니다 .
• 크기: 수소 가스 껍질의 지름은 태양계 크기(약 1,000 AU)와 맞먹습니다 .
• 가장 깊은 발머 불연속선: 이 천체의 스펙트럼은 사상 가장 강력한 수소 발머 불연속선을 보여주며, 이는 일반적인 별을 광원으로 배제하고 대신 극도로 밀도 높고 먼지가 없는 수소 막이 블랙홀 주위에 존재한다는 강력한 증거입니다 .
• 거의 순수한 수소/헬륨: 이 천체에서 방출되는 빛에서는 수소와 헬륨보다 무거운 원소(금속)의 흔적이 거의 발견되지 않아, 초기 우주의 깨끗한 가스로 구성되었음을 시사합니다 .

발견 과정: '신기루인가 기적인가' 관측 프로그램의 우연

**'신기루인가 기적인가' 관측 프로그램은 '위험한' 관측 대상을 겨냥한 JWST 관측 프로그램입니다. 이들은 장관을 이루는 발견('기적')일 수도 있고, 먼 은하로 가장한 차가운 근처 별과 같은 평범한 가짜('신기루')일 수도 있는 대상들입니다 .

연구팀은 처음부터 블랙홀 별을 찾고 있던 것은 아니었습니다. JWST 데이터를 분석하던 중, 그들은 표준적인 항성 또는 은하 모델로는 설명할 수 없는 스펙트럼을 가진 매우 밝은 붉은 점을 발견했습니다. 먼지 흔적은 없었지만, 일반적인 별이 가질 수 있는 이론적 한계를 훨씬 넘어서는 발머 불연속선이 나타난 것입니다 . 연구팀은 블랙홀 질량, 가스 밀도, 기하학적 구조 등을 변화시켜 가며 시뮬레이션을 실행한 결과, 모든 관측 결과와 일치하는 유일한 시나리오는 약 10만 태양 질량의 중심 블랙홀이 극도로 밀도 높은 수소 껍질에 싸여 있는 '블랙홀 별'이라는 결론에 도달했습니다 .

왜 중요한가: '작은 붉은 점' 미스터리 해결

2022년 JWST가 가동을 시작한 이후로, 초기 우주에서 수백 개의 수수께끼 같은 '작은 붉은 점' 들이 발견되었습니다. 이들은 작고 극도로 붉은색을 띠며, 기존의 별이나 은하 분류로는 설명하기 어려워 그 정체에 대한 열띤 논쟁이 벌어졌습니다 .

MoM-BH*-1이 특별한 이유는 '알몸의' 블랙홀 별이기 때문입니다. 즉, 모은하가 너무 희미해 사실상 블랙홀 별 자체에서 나오는 빛만 관측할 수 있어, 천문학자들은 중심 엔진의 스펙트럼을 방해받지 않고 깔끔하게 분석할 수 있었습니다 . 연구팀이 MoM-BH*-1의 스펙트럼을 전형적인 초기 은하의 스펙트럼과 합성했을 때, 그 결과는 '작은 붉은 점'의 모습과 매우 흡사했습니다 . 이는 '작은 붉은 점'들이 어리고 희미한 은하 내부에 박혀 있는 블랙홀 별일 가능성이 매우 높으며, MoM-BH*-1이 이 모든 천체를 이해하는 템플릿 역할을 할 수 있음을 강력히 시사합니다 .

더 넓은 의미: 초대질량 블랙홀의 급속 성장 메커니즘

블랙홀 별은 초대질량 블랙홀이 빅뱅 이후 어떻게 그렇게 빠르게 성장할 수 있었는지에 대한 설명을 제공할 수 있습니다. 블랙홀 주위의 밀도 높은 가스 껍질은 블랙홀이 이론적 한계인 '에딩턴 한계'를 넘어서는 '초에딩턴' 속도로 물질을 빨아들이며 빠르게 성장할 수 있게 해줍니다 . MoM-BH*-1의 발견과 블랙홀 별 모델은 이후 후속 연구들을 통해 더욱 뒷받침되고 있습니다. 예를 들어, 2026년 6월 《천체물리학 저널》에 발표된 '작은 붉은 점' GLIMPSE-17775의 가장 깊은 스펙트럼 연구는 블랙홀 별 모델을 지지하는 40개 이상의 독립적인 증거를 제시했습니다 .

요약하자면, 우주의 신기루처럼 보였던 것이 오랫동안 찾아온 '기적'일 수 있습니다. 바로 별과 블랙홀 사이의 간극을 메우고 초기 우주에 대한 우리의 이해를 새롭게 쓸 새로운 종류의 천체인 셈입니다.