우리 은하 중심에 있는 별 'S2'가 중앙에 자리 잡고 있는 초대질량블랙홀(SMBH)인 '궁수자리 A*'를 장미꽃 모양 궤도로 돌고 있는 것이 처음으로 확인됐다. 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론은 천체의 궤도가 아이작 뉴턴의 중력 이론에서 제시된 것처럼 일정한 것이 아니라 이동면으로 세차운동을 한다고 예측했는데, 태양을 도는 행성인 수성의 세차운동이 처음 확인된 이후 100여년만에 블랙홀 주변을 도는 항성도 마찬가지라는 것이 관측된 것이다.
유럽남방천문대(ESO)에 따르면 독일 막스 플랑크 외계 물리학 연구소(MPE)의 라인하르트 겐젤 소장이 이끄는 국제 연구팀은 S2 궤도를 30년 가까이 추적해 확인한 연구 결과를 학술지 '천문학 및 천체물리학'(Astronomy & Astrophysics)에 발표했다.
S2는 태양에서 약 2만6천광년 떨어진 곳에 있는 우리 은하 중심의 초대질량블랙홀 주변 성단 안에 있다. 이 별은 빛의 3%에 가까운 속도(시속 2천500만㎞)로 궁수자리 A*에 약 200억㎞까지 접근해 초대질량블랙홀에 가장 근접한 별 중 하나로 꼽힌다.
이는 태양~지구 거리의 약 150배에 달하는 거리다.
S2는 16년마다 궁수자리 A*를 한 바퀴씩 도는데, 지난 25년간 ESO의 초거대망원경(VLT)으로 S2의 궤도를 추적해 정확한 '슈바르츠실트 세차'(Schwarzschild precession) 운동을 하는 것을 포착했다고 연구팀은 밝혔다. 별과 행성은 대부분 타원 궤도를 갖고있으며 궤도를 돌때 중심 물체에서 멀어지기도 하고 가까워지기도 한다.
S2는 궁수자리 A* 근접점이 매번 바뀌고 이전 궤도 위치를 토대로 다음 궤도가 정해지는 장미꽃 모양의 궤도를 형성했다.
일반 상대성이론은 S2의 이런 세차 운동을 정확히 예측할 수 있었으며 이 연구에서 나온 측정값은 이론과도 일치하는 것으로 나타났다.
겐젤 소장은 "태양을 도는 수성에서 일반 상대성이론을 입증하는 첫 증거가 나오고 100년 뒤 우리 은하 중심의 전파원인 궁수자리A*를 도는 별에서 같은 현상을 포착했다"면서 "이번 관측은 궁수자리 A*가 태양질량의 400만배에 달하는 초대질량블랙홀이라는 증거를 강화하는 것"이라고 했다.
연구팀은 ESO가 세계 최대 광학 망원경으로 칠레에 건설하고 있는 극대망원경(ELT)가 가동되면 S2보다 초대질량블랙홀에 더 가까이 접근하는 희미한 별도 관측할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이번 연구에 참여한 독일 쾰른대학의 천문학자 안드레아스 에카르트 교수는 "운이 따른다면 블랙홀의 회전을 느낄 수 있을만큼 가까이 접근하는 별을 포착할 수 있을 것"이라면서 이는 두 천체의 질량과 회전 등을 측정해 궁수자리 A*를 둘러싼 시공간을 규명함으로써 "일반 상대성 이론을 완전히 다른 차원에서 다시 시험하게 될 것"이라고 했다. S2를 집중적으로 연구해온 겐젤 소장 연구팀은 앞서 지난 2018년에는 궁수자리 A*를 지나는 S2의 별빛이 초대질량블랙홀의 중력 영향을 받아 적색이동(redshift) 현상이 일어나는 것을 확인해 이를 예측한 일반 상대성 이론이 옳다는 것을 입증한 바 있다.