블랙홀과 블랙홀이 서로 돌고 있는 

이중 블랙홀 후보 천체의 내부 구조를 보다

- EHT 공동연구진, 블랙홀 제트 내부 충격파와 불안정성의 상호 작용 검출

□ 한국천문연구원(원장 박장현, 이하 ‘천문연’)이 참여한 EHT(사건지평선망원경, Event Horizon Telescope) 공동 연구진이 이중 초대질량블랙홀의 후보 중 하나인 OJ287 천체의 제트 내부에서 전파되는 충격파를 포착하는 데 성공했다. 

※ EHT(사건지평선망원경, Event Horizon Telescope) : 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 블랙홀의 영상을 포착하려는 국제협력 프로젝트이자 이 가상 망원경의 이름. 사건지평선이란 블랙홀 안팎을 연결하는 지대를 뜻한다.

□ EHT는 M87 은하와 우리은하 중심에 위치한 블랙홀의 영상을 사상 최초로 포착한 망원경이다. EHT를 통해 OJ287의 블랙홀 영상을 직접 관측하는 것은 아직 어렵지만 블랙홀에서 제트가 방출되는 최근접 지역을 영상화할 수 있다. 이로부터 OJ287이 이중 초대질량블랙홀을 가지는 지 여부와 블랙홀에서 제트가 방출되는 메커니즘을 연구할 수 있다. 

□ OJ287은 이중 초대질량블랙홀 시스템을 가진 것으로 추정되는 가장 잘 연구된 후보 중 하나이다. 이 천체는 약 100년 이상의 기간 동안 약 12년의 주기성을 띄는 밝기 변화를 보인다. 이는 이중 초대질량블랙홀 시스템 내에서 상대적으로 작은 블랙홀이 더 큰 블랙홀 주변을 공전하면서 블랙홀의 강착 원반과 주기적으로 충돌하기 때문에 발생하는 것으로 추정하고 있다. 

□ 이번 연구에서는 약 5일 간격으로 수행된 두 번의 EHT 관측으로부터 OJ287의 제트 구조와 편광각*이 변하는 것을 확인했다. 이는 제트 플라즈마와 주변 매질 사이의 속도 차이로 인해 발생하는 불안정성과 제트 내부에서 전파되는 충격파가 상호 작용한 결과이다. 

※ 편광각: 블랙홀 주변 자기장의 지도를 그리기 위해 측정하는 빛의 진동 방향  

□ 본 연구를 주도한 호세 루이스 고메즈(Jose Luis Gomez) 스페인 안달루시아 천체물리 연구소 박사는 "이러한 반대 방향의 편광각 회전은 전파되는 충격파와 불안정성의 상호작용에 대한 결정적인 증거”라며, “블랙홀 제트에서 이러한 충격파-불안정성 상호 작용을 직접 관측한 것은 이번이 처음”이라고 말했다. 

□ 본 연구 논문의 제2 저자인 천문연 조일제 박사는 “우리는 개별 충격파 성분을 공간적으로 분해해 불안정성 파동과의 상호 작용을 지켜보고 있다”며, “단 5일 동안 상당한 변화가 일어나는 것을 관측한 만큼 앞으로 연속적인 모니터링 관측을 수행한다면 나선형 자기장과 제트 불안정성 패턴의 3차원 구조를 모두 지도화할 수 있을 것이고, 이는 제트가 만들어지는 과정과 입자들이 블랙홀 근처에서 어떻게 가속되는 지에 대한 전례 없는 관측적 증거를 제공할 것이다”고 전했다.  

□ EHT 공동연구진이 OJ287 제트 내부의 충격파와 불안정성을 밝혀낸 연구 논문은 ‘천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)’ 저널 1월 8일자에 게재됐다. (보도자료 끝. 참고자료 있음.)

[참고 1] 그림 설명 

그림 1. 2017년 4월 5일과 10일, EHT로 관측한 OJ 287의 모습. 초대질량블랙홀로부터 불과 0.75광년 떨어진 거리에서 전례 없는 해상도로 제트 구조를 포착했다. 편광 영상(왼쪽 및 가운데)에서는 5일이라는 짧은 간격 동안 눈에 띄게 진화하는 세 개의 밝은 성분을 보여주는데, 이는 해당 천체에서 직접 영상화된 변화 중 가장 짧은 시간 척도이다. 가장 안쪽에 위치한 두 성분은 서로 반대 방향의 편광 회전을 나타낸다. 속도가 더 빠른 성분인 C1/P1(파란색 화살표)은 시계 반대 방향으로 +18° 회전하는 반면, 속도가 느린 성분인 C2/P2(분홍색 화살표)는 시계 방향으로 -12° 회전한다. 블랙홀에서 가장 멀리 위치한 성분인 C3/P3*는 재집속 충격파의 특징인 방사형 편광을 나타낸다. 오른쪽 모식도는 제트를 따라 서로 다른 속도로 전파되는 충격파 성분(초록색 화살표)이 나선형 켈빈-헬름홀츠 불안정성 패턴(주황색 선)과 어떻게 상호작용하는지 보여준다. 이 과정에서 나선형 자기장(파란색 선)의 서로 다른 위상에 겹침으로써 관측된 것과 같이 편광각의 반대 방향 회전이 발생하게 된다. 출처: EHT 공동연구그룹 / E. Traianou. (Gómez, J. L., Cho, I., Traianou, E., et al., A&A 2026, DOI: 10.1051/0004-6361/202555831)

-  동영상: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLoKGrHCWuYP_8Y~.mov

이 애니메이션은 나선형 자기장이 형성된 제트 내부에서 전파되는 충격파와 켈빈-헬름홀츠 불안정성 패턴 사이의 상호작용을 보여준다. 이는 2017년 4월 5일과 10일,  EHT로 초대질량블랙홀 후보인 OJ 287을 1.3mm 파장에서 관측한 결과를 바탕으로 제작되었다. 왼쪽 패널은 블랙홀로부터 약 10~100 중력 반지름(약 0.2 광일) 거리의 제트 구조를 보여주며, 이곳에는 나선형 자기장(주황색 실선)과 켈빈-헬름홀츠 파동 패턴(빨간색 나선, 파장 약 100 마이크로초각 또는 1.5 광년)이 공존한다. 두 개의 밝은 충격파 성분인 C1(청록색)과 C2(분홍색)는 서로 다른 속도로 제트 하류를 향해 전파된다. 이 충격파들이 나선 구조를 통과하며 불안정성의 서로 다른 위상과 상호작용할 때, 국지적 영역을 밝히며 서로 반대 방향의 편광각 회전을 일으킨다. 속도가 더 빠른 C1 성분은 하루에 약 3.7°씩 시계 반대 방향으로 회전하며, 속도가 느린 C2 성분은 하루에 약 2.5°씩 시계 방향으로 회전한다. C3 성분(초록색)은 방사형 편광을 띠는 정지된 재집속 충격파를 나타낸다. 오른쪽 패널은 5일간의 관측 기간 동안 나타난 편광각의 변화를 보여준다.  

출처: EHT 공동연구그룹 / E. Traianou. (Gómez, J. L., Cho, I., Traianou, E., et al., A&A 2026, DOI: 10.1051/0004-6361/202555831)

[참고 2] 용어 설명 

-  이중 블랙홀 

두 개의 블랙홀이 서로의 중력에 묶여 공전하는 시스템으로, 주로 거대 은하들이 충돌하고 병합하는 과정에서 만들어진다. 시간이 지나면서 서서히 가까워지다 충돌하여 하나로 합쳐지는 경우 강한 중력파를 방출하기도 하며, 때문에 EHT를 활용한 블랙홀의 영상화뿐만 아니라 다중신호(multi messenger) 천문학에서도 중요한 관측 대상 중 하나이다. 

그림 2. 이중 블랙홀의 모식도. 출처: NASA Jet Propulsion Laboratory

-  본 연구에 참여한 8개 망원경

아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA), 아타카마 패스파인더(APEX), 유럽 국제전파천문학연구소(IRAM) 30미터 전파망원경, 제임스 클러크 맥스웰 전파망원경(JCMT), 대형 밀리미터 망원경(LMT), 서브밀리미터 전파망원경 집합체(SMA), 서브밀리미터 전파망원경(SMT), 남극 전파망원경(SPT) 

[참고 3] 연구진 및 논문

○ 연구진 (국내 저자 9명) 

 • 제2 저자 : 조일제 선임연구원 (천문연) 

 • 공동저자 : 손봉원, 김종수, 이상성, 정태현 (이상 천문연), 김재영 (UNIST), 김준한 (KAIST), 박종호 (경희대), Sascha Trippe (서울대)

○ 논문

- 제목 : Spatially resolved polarization swings in the supermassive binary black hole candidate OJ 287 with first Event Horizon Telescope observations

- 게재지 : Astronomy & Astrophysics 2026년 1월 8일자 

- EHT 연구단 영문 보도자료 원문 링크:

https://eventhorizontelescope.org/news/2026/01/event-horizon-telescope-maps-twisting-magnetic-fields-near-oj287