우주의 탄생과 거의 동시에 태어난 극소 크기의 블랙홀이, 항성 안에 포착돼 별을 안쪽에서 삼키고 있다는 가설을 제창하는 연구가, 2023년 12월자 학술잡지 The Astropysical Journal에 발표. 블랙홀을 내부에 가진 별들의 존재가 실증되면, 은하수라고 불리는, 통상적으로 생각할 수 없는 위치에 존재하는 별들에 대한 이해가 깊어질 것으로 기대되고 있다.
우주의 모든 것이 어느 한 점에서 발생한 빅뱅에서는, 그 밀도의 높이에 의해 블랙홀이 발생했을 가능성이 있다고 생각되어 지는데, 우주 탄생 1초 이내에 태어나 우주 곳곳에 흩어져 있는 원시 블랙홀은, 다크매터의 정체 중 하나로 유망시되고 있다.
독일 막스 플랑크 천체물리학연구소의 알 벨린저 씨는 "원시 블랙홀이 있다면, 엄청난 속도로 은하를 횡단하고 있을 것이라고 생각합니다. 그래서 만약 항성에 부딪혀도 대개는 총알처럼 항성을 뚫고 나갈 것입니다. 그러나 개중에는 느린 블랙홀도 있고, 그것이 항성 안에 갇힐 가능성도 있습니다. 만약 그렇게 된다면 원시 블랙홀의 발견도 불가능하지 않을 수도 있습니다."라고 말한다.
이 이론에 관한 연구를 The Astrophysical Journal에서 발표한 벨린저 씨 등은, 논문에서 두 가지 가능성을 제시.
첫 번째는, 항성 안에 갇힌 블랙홀이 너무 작아서 전혀 영향을 주지 않는 경우로, 블랙홀은 흔히 우주의 모든 것을 삼키고 성장하는 몬스터에 비유되지만, 질량이 너무 작으면 거의 물질을 삼킬 수 없기 때문에, 항성 안쪽이라는 그야말로 뷔페장에 던져진다 해도 우주가 끝날 때까지 질량을 배가시킬 수조차 없을지도 모른다.
그러나, 두 번째 가능성으로, 블랙홀이 별을 안쪽에서 소비하기에 충분할 정도로 성장하는 경우도 있는데, NASA에 따르면, 원시 블랙홀의 질량은 페이퍼클립의 10분의 1에서 태양의 10만분의 1까지 생각할 수 있다고. 소행성이나 준행성에 가까운 질량을 가진 원시 블랙홀이라면, 자신을 사로잡은 항성에게 가시적인 영향을 줄 수 있다.
물리학자 스티븐 호킹이 제창했기 때문에 "호킹 별"이라고도 불리는, 내부에 블랙홀을 가진 천체에서는 원시 블랙홀이 항성을 안쪽에서 흡수하는 과정에서 잉여 에너지가 방출. 그 결과, 항성은 적색 거성처럼 팽창하지만, 태양급 항성이 연료를 다 써 적색 거성이 될 때와 같은 온도 상승은 일어나지 않는다.
천문학자들은, 이런 상식 밖에 저온 적색거성인 "적색거성"을 이미 500개 정도 발견했는데, 벨린저 씨 등은 이번 연구에서, 이 빨간색은 회색 별이 호킹 별의 후보가 될 가능성이 있다는 것을 밝혀냈다.
호킹 별의 중심부에 블랙홀이 존재한다는 것은, 빨간색은 회색 별이 별 진화의 길에서 벗어나 있음을 설명할 수 있다. 따라서 빨간색은 회색 별의 맥동이나 진동을 관측함으로써, 그 별들의 안쪽에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알아낼 수 있다.
벨린저 씨 등은, 원시 블랙홀이 우주 전체에 흩어져 있다고 생각하지만, 경우에 따라서는 콩알 이하의 크기밖에 되지 않고, 게다가 고속으로 날아다니고 있을 가능성이 있기 때문에, 별 내부에 잡히지 않은 원시 블랙홀의 발견은 극히 어렵다는 것.
벨린저 씨는 "애초에 블랙홀을 찾는 것은 어려운 일입니다. 게다가 우리가 화제로 삼고 있는 블랙홀은 소행성 정도의 질량밖에 없는 수소 원자 크기의 블랙홀입니다. 우리는 대부분의 원시 블랙홀이 항성 밖에 있고 은하를 헤매고 있다고 생각합니다. 평균적으로 우리 태양계에도 하나는 있는 계산입니다"라고 말하고 있다.
연구팀은 앞으로, 블랙홀이 어떻게 별을 내부에서 먹는지 검증하고, 그 결과를 바탕으로 호킹별 후보가 될 만한 맥동을 관측함으로써, 그 핵심이 블랙홀을 품고 있는지를 판별하는 연구를 진행할 예정.
