빛도 못 나오는 블랙홀, ‘사진’에는 무엇이 찍혔을까

블랙홀은 빛조차 빠져나올 수 없다는데,왜 우리는 주황빛 고리가 있는 '블랙홀 사진'을 볼 수 있을까.모순은 사진이 블랙홀의 안쪽을 보여준다고 생각할 때 생긴다.2019년4월 공개된 M87 중심 블랙홀 영상이 기록한 것은 주변의 밝은 가스와 그 빛을 배경으로 드러난 어두운 그림자다.빠져나오지 못하는 안쪽의 빛을 억지로 꺼내 촬영한 것이 아니다.

검은 물체를 보지 못해도 주변의 빛은 기록한다

사건의 지평선은 그 안으로 들어가면 되돌아올 수 없는 경계다.반면 블랙홀 밖에는 뜨겁게 빛나는 물질이 있을 수 있다.그 주변에서 나온 빛의 경로는 강한 중력에 휘고,일부 방향은 어두운 영역으로 나타난다.밝은 배경을 두고 검은 물체의 존재를 알아차리듯,관측자는 바깥에서 도달한 신호의 분포를 통해 블랙홀 가까운 곳을 연구한다.보이지 않는다는 말이 주변까지 아무 신호도 없다는 뜻은 아니다.

어두운 가운데를 사건의 지평선 표면이 그대로 드러난 모습으로 보는 것도 정확하지 않다.NASA의 당시 해설은 중앙의 어두운 영역을 지평선이 아니라 블랙홀의 그림자라고 구분한다.주변 가스가 내는 빛과 중력에 의한 빛의 경로 변화가 함께 겉모양을 정한다.그래서 밝은 고리,그 안의 그림자,되돌아올 수 없는 경계는 서로 관련돼도 같은 이름으로 바꿔 쓸 수는 없다.

전파 관측 영상과 정교한 그림은 역할이 다르다

M87 영상은 한 대의 보통 카메라가 찍은 가시광 사진이 아니다.Event Horizon Telescope는 세계의 지상 전파망원경8개를 함께 사용했다.지구 크기의 한 망원경처럼 협력해 매우 작은 하늘 영역을 구분하는 방식이다.관측은2017년에 이뤄졌고 첫 영상은2019년에 공개됐다.오래된 관측 자료의 공개일과 실제로 전파를 모은 시각이 다른 점도 이 사진을 읽는 기준이다.

인터넷에서 만나는 더 선명하고 복잡한 블랙홀 그림 가운데는 물리 계산을 보기 쉽게 풀어낸 시뮬레이션도 있다.NASA의 설명도는 강착원반의 빛이 어떻게 휘어 관측자에게 오는지 보여주는 데 도움이 되지만,그림의 세밀한 줄무늬를 실제 M87에서 모두 관측했다고 읽을 수는 없다.관측은 어떤 신호를 얻었는지,시뮬레이션은 원리가 어떤 장면을 만들 수 있는지를 설명한다.

블랙홀 영상을 볼 때는 대상의 이름뿐 아니라 자료의 성격과 credit부터 확인하면 좋다.전파 관측으로 얻은 영상인지,원리를 설명한 계산 그림인지,어느 해 자료인지가 함께 있어야 한다.빛을 내보내지 못하는 블랙홀을 연구한다는 것은 내부를 훔쳐본다는 뜻이 아니다.밖에서 도달한 빛과 어두운 영역이 남긴 흔적을 정밀하게 읽는 일이다.이번 설명은 새 발견 소식이 아니라 그 차이를 이해하기 위한 기초 해설이다.