2015년 인류 최초로 중력파를 관측한 미국의 중력파 관측소 라이고(LIGO)와 유럽의 중력파 검출기 비르고(Virgo), 일본의 대형 저온 중력파 망원경 카그라(KAGRA)가 공동으로 지금까지 관측된 것 중 가장 큰 블랙홀 병합 현상을 관측했다.

라이고-비르고-카그라(LVK) 협력단은 중력파 관측을 통해 역대 가장 거대한 블랙홀이 병합돼 태양 질량의 225배 이상인 블랙홀 형성을 관측하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 이번에 발견한 거대 블랙홀은 LVK 네 번째 관측 기간인 2023년 11월 23일에 관측됐으며, ‘GW231123’으로 이름 붙여졌다. 이 연구 결과는 14~18일 영국 글래스고에서 열리는 제24회 일반 상대성 이론 및 중력 국제 회의(GR24)와 제16회 에도아르도 아말디 중력파 회의가 공동으로 개최하는 GR-아말디 회의에서 발표됐다.

라이고, 비르고, 카그라 같은 중력파 탐지 설비는 블랙홀 병합과 같은 사건으로 발생하는 공간의 미세한 변화를 정밀하게 측정하도록 설계됐다. GW231123를 형성한 두 블랙홀은 각각 태양 질량의 약 100배와 140배였다. 이 블랙홀들은 질량이 클 뿐만 아니라 빠르게 회전하고 있었기 때문에, 기존에 볼 수 없었던 복잡한 중력파 신호를 만들어 냈다. 복잡한 신호에서 정확한 정보를 추출해 내기 위해, 연구팀은 고속으로 회전하는 블랙홀의 복잡한 역학을 고려한 이론 모델을 만들었다.

연구팀에 따르면, GW231123을 형성한 두 블랙홀은 중력파를 통해 관측된 가장 거대한 쌍으로, 이 정도 크기의 거대 블랙홀은 표준 항성 진화 모델에서는 존재할 수 없다. 그래서, 연구팀은 이 두 블랙홀 역시 더 작은 블랙홀의 병합을 통해 진화된 것이라고 분석했다. 2015년 중력파가 처음 관측된 이후 지금까지 약 300개의 블랙홀 병합이 중력파로 관측됐다.

라이고 팀에 소속된 마크 해넘 영국 카디프대 교수는 “이번에 발견된 블랙홀을 형성한 블랙홀 쌍은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 허용하는 한계에 가까울 정도로 매우 빠르게 회전해, 신호를 모델링하고 해석하는 데 어려움을 겪었다”며 “중력파 천문학을 통해 앞으로도 새로운 현상들을 많이 관측할 수 있음을 보여준다”고 말했다.