드디어 찾았다…오메가 센타우리, 항성질량 블랙홀 첫 확인

약 20년 동안 천문학자들은 우리 은하에서 가장 크고 밝은 구상성단인 오메가 센타우리(Omega Centauri)에 수많은 항성질량 블랙홀이 존재할 것이라고 예측해왔다. 그러나 그동안의 모든 탐색은 번번이 실패로 돌아갔다. 이번에 허블 우주망원경의 20년 이상 아카이브 데이터와 제임스 웹 우주망원경의 새로운 관측을 조합한 연구팀이 마침내 첫 번째 항성질량 블랙홀 oMEGACat BH-2를 발견했다.

2026년 6월 arXiv에 발표된 이 발견은 오메가 센타우리에 오랫동안 예측돼 온 블랙홀 개체군의 실체를 확인했을 뿐만 아니라, 밀집된 항성 환경에서 이런 블랙홀이 어떻게 형성되고 생존하는지에 대한 새로운 의문을 제기한다 .

oMEGACat BH-2의 주요 특성

oMEGACat BH-2는 휴면 상태(비활성)의 항성질량 블랙홀로, 넓고 매우 찌그러진 타원 궤도를 가진 쌍성계에 속해 있다. 발견 논문에 보고된 주요 특성은 다음과 같다 :

파라미터	값
명칭	oMEGACat BH-2
질량	태양질량의 4.46 +1.22 / -1.01 배
공전 주기	94 +63 / -42 년
긴반지름	31 +15 / -12 AU
궤도 이심률	0.72 +0.08 / -0.13
거리	약 17,000–18,000 광년 (성단 자체의 거리)
동반성	주계열 이탈 직전 별 (핵 수소를 거의 다 소진한 별)

질량이 잘 결정된 이유는 쌍성계가 궤도 중 가장 가까운 지점인 근성점(periastron) 근처에서 관측되었기 때문이다. 아직 전체 궤도 중 일부만 관측되었음에도 불구하고 질량이 잘 추정될 수 있었다 .

발견 과정: 23년간의 고통스러운 위치측정(astrometry)

오메가 센타우리에서 블랙홀을 찾으려는 이전 시도들은 시선속도(radial velocity) 측정이나 X선·전파 방출 관측에 의존했지만, 모두 성공하지 못했다. 결정적인 돌파구는 **위치측정(astrometry)**이라는 전혀 다른 기술에서 나왔다. 이는 시간이 지남에 따라 별의 위치와 미세한 움직임을 하늘에서 정밀하게 측정하는 방법이다 .

연구팀은 oMEGACat 프로젝트의 허블 아카이브 데이터(20년 이상)를 사용하고, 여기에 제임스 웹 망원경의 새로운 관측을 추가해 측정 정밀도를 높였다. 총 23년의 데이터가 중요한 이유는 블랙홀의 공전 주기가 약 100년 수준이기 때문이다. 이 긴 시간 덕분에 연구팀은 궤도 신호가 가장 강한 근성점 부근에서 시스템을 포착할 수 있었다 .

보이는 별의 공전 흔들림을 추적함으로써, 보이지 않는 거대한 동반체—바로 블랙홀—의 존재를 밝혀냈다. 이로써 oMEGACat BH-2는 구상성단에서 위치측정법으로 발견된 최초의 블랙홀이라는 기록을 세웠다 .

이 발견이 중요한 이유

오메가 센타우리에는 약 1천만 개의 별이 들어 있다. 역학 모델에 따르면 이 성단에는 약 1만 개의 항성질량 블랙홀—즉, 가장 무거운 별들이 초신성 폭발 후 남긴 잔해—이 존재할 것으로 예측된다. 하지만 수십 년간 시선속도, 전파, X선 관측으로 아무것도 찾지 못하면서 이론과 관측 사이에 수수께끼 같은 괴리가 생겼다 .

oMEGACat BH-2는 마침내 이 공백을 깼다. 오메가 센타우리에서 처음으로 확인된 항성질량 블랙홀이며, 이 블랙홀 개체군이 실제로 존재한다는 첫 번째 직접 증거를 제공한다 .

하지만 그 질량이 태양의 약 4.5배에 불과하다는 점은 뜻밖이었다. 오메가 센타우리처럼 금속 함량이 낮은 성단의 항성 진화 모델은 일반적으로 20~40 태양질량의 블랙홀을 예측한다. 이 큰 질량 차이는 밀집 성단에서 블랙홀이 형성되고 유지되는 방식에 대한 새로운 의문을 제기한다 .

중간질량 블랙홀 논쟁에 주는 의미

수년 동안 천문학자들은 오메가 센타우리의 중심에 무엇이 숨어 있는지 논쟁해왔다. 하나의 **중간질량 블랙홀(IMBH)**일까, 아니면 많은 항성질량 블랙홀들이 모여 있는 것일까?

• 2024년, 허블 데이터를 통해 오메가 센타우리 중심에서 빠르게 움직이는 일곱 개 별의 움직임을 분석한 결과, 최소 8,200 태양질량의 중간질량 블랙홀(최대 약 40,000 태양질량)에 대한 강력한 증거가 제시됐다 .
• oMEGACat BH-2 같은 항성질량 블랙홀의 발견은 이 중간질량 블랙홀 해석과 모순되지 않는다. 모델은 두 가지가 모두 존재할 수 있다고 예측한다. 즉, 중심에는 하나의 중간질량 블랙홀이 있고, 성단 전체에는 수천 개의 항성질량 블랙홀이 분포해 있다는 것이다.
• 실제로 이 발견은 긴장 관계를 해소하는 데 도움이 된다. 항성질량 블랙홀 개체군이 실제로 존재한다는 것을 보여주지만, 중심부의 빠른 별들은 여전히 가벼운 블랙홀 무리만으로는 설명할 수 없는 하나의 거대한 물체(중간질량 블랙홀)가 필요함을 시사한다 .

요약하면, oMEGACat BH-2는 오메가 센타우리에서 오랫동안 예측됐던 '사라진' 항성질량 블랙홀 개체군에 대한 첫 번째 직접 증거이며, 중심에서 독립적으로 발견된 중간질량 블랙홀과 공존하는 것으로 보인다.