지난 8월 19일, 우리은하 한가운데의 블랙홀 궁수자리 A*를 8.7년에 한 바퀴씩 도는 별이 Nature에 보고됐습니다. 이름은 S301. 가장 가까이 올 때는 초속 약 2만 5천 km, 광속의 8%로 스쳐 지나갑니다. 한국어 기사 제목도 "블랙홀 회전 측정 길 열었다"였고요(연합뉴스). 그런데 이 소식에서 제일 흥미로운 건 속도가 아닙니다. 논문 제목에 들어간 단어 하나예요 — sensitive, 민감하다.
01블랙홀에게 남은 숫자는 사실상 둘입니다
일반상대성이론에서 블랙홀은 놀랄 만큼 단순한 물체입니다. 질량 말고 붙는 성질이 자전과 전하, 둘뿐이에요. 그런데 천체물리학에서 전하는 거의 의미가 없으니, 실제로 궁금한 건 얼마나 무거운가, 얼마나 빨리 도는가 두 가지입니다.
궁수자리 A*의 질량은 이미 꽤 잘 압니다. 태양의 약 430만 배. 거리는 약 8.3킬로파섹, 빛으로 2만 7천 년쯤 걸리는 곳이죠. 이걸 알아낸 방법이 바로 주변 별들의 궤도였습니다. 별들을 수십 년 동안 따라가서, 케플러 법칙으로 가운데 무게를 역산한 거예요.
그런데 자전은 다릅니다. 논문 서론이 이유를 한 줄로 적어요. 자전이 시공간에 남기는 효과는 거리가 멀어지면 거리의 세제곱에 반비례해서 줄어든다는 것. 조금만 떨어져도 금방 안 보인다는 뜻입니다.
그래서 지금까지의 자전 추정은 대부분 간접적이었습니다. 논문이 정리한 목록이 이렇습니다 — X선 스펙트럼에서 철 방출선의 모양을 보는 방법(다만 자전이 선 모양에 주는 영향이 작습니다), 항성질량 블랙홀에서 강착 이론으로 추정하는 방법(이론 가정이 들어갑니다), 그리고 논문이 아마 가장 깨끗할 것이라고 꼽는 중력파. 별의 궤도로 초대질량 블랙홀의 자전을 직접 잰 적은 없습니다.
SIM 케플러 법칙길쭉한 타원일수록 가장 가까운 점에서 얼마나 빨라지는지 — S301이 광속의 8%까지 가속하는 이유 →
02S2라는 별이 이미 해낸 일
이 이야기에는 선배 별이 하나 있습니다. S2. 궁수자리 A*를 약 16년에 한 바퀴 도는, 이 분야에서 가장 유명한 별이에요.
S2는 2018년에 블랙홀에 가장 가까이 다가갔고, 그때 두 가지가 잡혔습니다. 먼저 중력 적색편이 — 블랙홀 가까이에서 나온 빛이 중력 우물을 빠져나오며 파장이 늘어나는 효과입니다. 2018년 GRAVITY 논문은 이것을 상대론적 횡도플러 효과(빠르게 움직이는 별의 시간이 느리게 가는 효과)와 합친 값으로, 초속 약 200 km에 해당하는 추가 편이를 보고했어요. 그리고 2020년에는 슈바르츠실트 세차가 검출됩니다. 타원 궤도가 닫히지 않고 한 바퀴마다 조금씩 돌아가는 현상인데, S2에서는 한 바퀴에 약 12분각(1도의 5분의 1)이었어요.
이 효과들은 모두 질량이 휘어 놓은 시공간에서 나옵니다. 크기로 따지면 (속도/광속)의 제곱에 비례하는 효과예요. 반면 자전이 만드는 효과, 즉 회전하는 블랙홀이 주변 시공간을 끌고 도는 효과는 한 단계 더 작은 (속도/광속)의 세제곱 급입니다. 이걸 렌제-티링 세차, 흔히 프레임 드래깅이라고 부릅니다.
이 효과 자체는 처음 보는 게 아닙니다. 지구 둘레에서는 우주 실험 중력 탐사선 B가 궤도 위 자이로스코프의 세차로 잡아냈어요(논문은 5σ 유의성이라고 적습니다). 다만 그건 지구처럼 느리고 약한 중력장, 멀리서 본 근사에서의 검증이었습니다. 초대질량 블랙홀 곁의 강한 중력장은 전혀 다른 영역이죠.
그리고 S2로는 이게 안 됩니다. 논문 표현 그대로 옮기면, S2로 자전을 검출하려면 현재 장비로는 엄두가 안 날 만큼 긴(prohibitively long) 관측 기간이 필요합니다.
질량의 흔적은 S2로 봤습니다. 자전의 흔적을 보려면 훨씬 더 가까이 가는 별이 필요했어요.
03S301은 어떤 별인가
2023년 봄, 칠레 파라날의 VLT 간섭계에 달린 GRAVITY로 찍은 영상에서 궁수자리 A*의 북서쪽 15밀리각초 자리에 희미한 별이 보였습니다. 이후 몇 달 동안 바깥으로 빠르게 움직였어요. 연구진은 2024년과 2025년에 이 별을 겨냥한 관측을 따로 잡았고, 그렇게 얻은 궤도로 과거 자료를 거꾸로 뒤져 2021년(강한 검출)과 2017년(약한 검출)에서도 이 별을 찾아냈습니다. 모두 합쳐 위치 19개입니다.
이렇게 어두운 별을 정말 믿어도 되는지도 따로 확인돼 있습니다. 영상 복원 코드 말고도 전통적인 CLEAN 알고리즘으로 별이 다시 잡혔고, 서로 다른 프로그래밍 언어로 짠 적합 코드 두 개도 같은 위치를 내놨어요. 시선속도가 없어 궤도 방향이 두 가지로 남는 것을 빼면 궤도 적합은 하나로 수렴합니다(χ² = 26, 자유도 34). 저자들은 심사 답변에서 2026년에 얻은 첫 관측점이 궤도가 예측한 바로 그 자리에 있었다고도 적었습니다 — 이건 논문 본문에는 없는, 답변서의 내용입니다.
K밴드 등급은 19.3. 거성이라기엔 너무 어둡고, 주계열성으로 보면 분광형 F1.5쯤입니다. 질량은 나이에 따라 태양의 약 1.1~1.5배로 추정되고요. 우리 태양보다 조금 무거운, 평범한 별이에요. 평범해서 오히려 중요한데, 이건 뒤에서 다시 나옵니다.
| 항목 | S2 | S301 |
|---|---|---|
| 공전 주기 | 약 16년 | 8.7년 |
| 이심률 | 0.88 | 0.9832 / 0.9821 |
| 가장 가까운 거리(근점) | 1,400 RS | 136 / 142 RS |
| 근점 속도 | — | 광속의 8.5% / 8.3% |
| 한 바퀴당 슈바르츠실트 세차 | 약 12′ | 2.0° / 1.9° |
| 한 바퀴당 렌제-티링 세차(궤도면 안 성분) | — | 0.11° × χ cos ξ |
핵심은 가장 가까운 거리입니다. 136~142 RS, S2보다 약 10배 가깝습니다. km로 옮기면 약 17억~18억 km, 지구-태양 거리의 12배쯤이에요. (ESO 보도자료는 17.8억 km라고 적습니다. 태양-토성 거리가 약 14억 km이니 그보다 조금 멉니다.)
공전 주기 8.7년은 궁수자리 A*를 도는 별 가운데 알려진 최단 기록입니다. 이전 기록은 12년짜리 S55였다고 논문은 적어요. — 짚어 둘 것이 있는데, 다른 연구팀이 지상 적응광학 영상으로 4년·7.6년 주기의 별(S4716·S4711)을 보고한 적이 있습니다. 이번 논문은 해상도가 15배 낮은 방법이라고 짚으며, 그 별들이 자기 관측 범위에 있었다면 쉽게 보였을 텐데 영상 어디에도 없었다고 적습니다. 이번 논문은 그 팀이 주장한 별 가운데 주기가 S301과 비슷한 S4711과 S62(그 팀이 붙인 이름으로, GRAVITY 팀이 S62라 부르는 별과는 다릅니다)가 사실 S301일 가능성을 이심률·하늘에 투영된 궤도 모양·공전 방향으로 배제한 뒤, 그 밖의 주장된 별들 가운데 궤도 요소가 S301과 비슷한 것은 없다고 적습니다. 같은 팀의 2020년 논문은 이심률 0.985, 주기 12년의 S4714도 후보로 보고한 바 있고요. 두 팀의 주장이 엇갈리는 지점이라, "최단 기록"은 이번 논문의 판단으로 읽는 게 맞습니다.
SIM 탈출 속도와 블랙홀슈바르츠실트 반지름이 무엇인지 — S301의 근점 '136 RS'가 어떤 눈금인지 감 잡기 →
04왜 가까울수록 '도는 것'이 더 잘 보일까요
S301이 특별한 이유는 한 줄이면 됩니다. 거리가 줄면 자전 신호가 질량 신호보다 더 빨리 커지거든요.
렌제-티링 쪽은 논문 방법 절의 식 1을, 슈바르츠실트 쪽은 교과서의 표준 공식을 쓰면, 궤도 한 바퀴를 평균한 근점 이동은 이렇게 달라집니다. 궤도의 크기를 나타내는 값 p(대략 근점 거리의 두 배)에 대해 —
- 슈바르츠실트 세차(질량 몫)는 p에 반비례합니다.
- 렌제-티링 세차(자전 몫)는 p의 3/2제곱에 반비례합니다.
그러니까 별이 10배 가까이 오면 질량 신호는 10배 커지는데, 자전 신호는 101.5, 약 32배 커집니다. 둘의 비율 자체가 3배 넘게 자전 쪽으로 기울어요. (1절에서 자전 효과가 거리의 세제곱으로 줄어든다고 했는데 여기서는 3/2제곱인 이유 — 세제곱은 시간당 비틀림의 세기이고, 여기는 한 바퀴 동안 쌓이는 각도라서입니다. 먼 궤도일수록 한 바퀴가 길어 효과를 더 오래 받거든요.) 그리고 여기에 결정적인 비교가 하나 붙습니다.
S301의 자전 신호(최대 자전·유리한 방향일 때 한 바퀴에 약 7분각)는 S2의 질량 신호(약 12분각)와 같은 자릿수입니다. 그리고 S2의 그 신호는 GRAVITY가 이미 잡아냈죠.
논문이 그림 3에서 보여 주는 게 정확히 이 비교입니다. "우리가 이미 잰 적 있는 크기의 효과"라서, 원리적으로 손이 닿는다는 거예요. 직접 숫자를 바꿔 보면 감이 옵니다.
직접 계산해 보기 — 가까워지면 무엇이 더 빨리 커질까
네 경우의 값은 바로 아래 표 2에도 전부 적어 두었으니, 이 부분이 열리지 않아도 글은 완결됩니다. 막대는 궤도 한 바퀴당 근점이 돌아가는 각도이고 가로축은 로그 눈금입니다(한 칸이 10배). 그래서 막대 길이의 비율이 곧 값의 비율은 아니에요 — 정확한 비율은 아래 숫자로 보세요. 회색이 질량 몫, 보라색이 자전 몫이에요.
| 경우 | 근점 | 슈바르츠실트 | 렌제-티링(χ=1) | 자전 몫 ÷ 질량 몫 |
|---|---|---|---|---|
| S2 | 1,400 RS | 12.3′ | 0.23′ | 1.8% |
| 가상 별 A | 500 RS | 32.7′ | 0.98′ | 3.0% |
| S301 | 136 RS | 120′ (2.0°) | 6.9′ (0.11°) | 5.7% |
| 가상 별 B | 50 RS | 327′ | 31′ | 9.5% |
05'10년 안에'는 어떤 조건 위에 서 있나
논문의 전망 문장은 이렇습니다. "합리적인 가정 아래, 10년 안에 S301의 궤도로 궁수자리 A*의 자전을 직접 잴 공정한 가능성(fair chance)이 있다고 추정한다." 확정이 아니라 가능성이고, 그 가능성은 모의 데이터로 계산한 것입니다. 그 모의 계산의 조건을 하나씩 열어 보면 이렇습니다.
- 자전을 최대로 놓았습니다. χ = 1. 논문 방법 절이 직접 낙관적으로(optimistically) 가정했다고 적습니다. 자전축도 별의 궤도 각운동량과 대략 나란하게 놓았고요.
- 위치 정밀도 100 μas. 업그레이드를 마친 GRAVITY+의 최종 성능으로 기대하는 값입니다. 지금 이 별의 위치 오차는 그보다 큽니다(아래 7절).
- 시선속도 초속 1 km 정밀도. 이건 지금 장비로는 못 얻습니다. 연구진은 VLT의 ERIS 분광기로 이 별의 스펙트럼을 찾았지만 검출하지 못했고, 그래서 시선속도 측정값은 아직 하나도 없습니다. 논문은 이 정밀도를 앞으로 ESO의 초대형 망원경 ELT에 달릴 MICADO로 얻을 수 있다고 봅니다. ESO가 2025년 3월에 발표한 일정으로는 ELT의 과학 관측 첫 빛이 2030년 12월입니다. 모의 계산은 2026~2035년의 시선속도 자료를 넣었으니, 이 일정과 함께 봐 둘 만합니다.
- 관측 빈도. 2035년까지 매년 10회, 여기에 근점 통과 전후로 10회를 더합니다. 다음 근점 통과는 2031년이에요.
그리고 이 모든 계산은 주변에 방해하는 천체가 없는 고립된 커 블랙홀을 가정합니다(아래 섭동 항목).
이 조건에서 χ의 불확도가 0.2보다 작게 나오고, χ = 1이면 안 도는 경우(χ = 0)와 5σ 넘게 구별된다는 게 논문의 결과입니다.
그리고 논문은 스스로 걸림돌도 적어 둡니다.
- 자전축의 방향에 따라 달라집니다. 자전축이 궤도와 나란하거나 정반대일 때 검출이 가장 쉽고, 궤도의 긴 축 방향을 가리킬 때 가장 어렵습니다(확장 데이터 그림 9). 그래도 설명글은 "넓은 범위의 방향에서" 검출을 기대한다고 적고, 그림 3c의 모의 자료(유리한 방향을 가정한 예시)는 자전 크기와 함께 자전축 방향도 ±30° 안팎으로 제약합니다.
- 더 정밀한 모형이 필요합니다. 자전이 작을 때 결과가 치우치지 않으려면 2차 후뉴턴 항(질량에서 오는 한 단계 더 작은 보정)까지 모형에 넣어야 한다고 적습니다. 자전이 작으면 이 항이 자전 효과와 맞먹게 된다는 점은 심사에서 한 심사자가 짚고 저자들이 계산으로 확인한 내용입니다.
- 주변에 무엇이 있느냐. 블랙홀 곁에 태양의 20배짜리 항성질량 블랙홀 60개를 흩어 놓고 100번 시뮬레이션해 보니, 궤도 한 바퀴마다 궤도면을 평균 0.65분각쯤(오차 범위가 넓습니다) 돌렸습니다. 논문은 이것이 자전이 중간 이상이고 방향이 유리할 때 대개 렌제-티링보다 작다고 적어요. 극단적으로, 허용되는 질량이 전부 S301 궤도 안쪽의 원반에 몰려 있고 궤도가 그 원반과 몇 도만 어긋나 있다면 궤도면이 도는 교점 세차는 렌제-티링보다 최대 한 자릿수 클 수 있지만, 대부분의 방향과 덜 극단적인 질량 분포에서는 오히려 한두 자릿수 작을 것으로 봅니다. 자전 효과는 근점 부근에, 주변 천체의 섭동은 먼 점 부근에 몰려서 나타나 둘을 가를 여지도 있다고 하고요.
ESO 보도자료는 완전한 공전을 적어도 두 바퀴 관측하면 처음으로 자전을 직접 결정할 만큼 궤도를 좁힐 수 있다고 적습니다. 막스플랑크협회(MPG) 보도 페이지에 실린, 막스플랑크 외계물리학연구소(MPE) 연구자들의 해설 영상 제목은 아예 "앞으로 15년 안에"이고요. 10년이든 15년이든, 지금은 출발선입니다.
06보도자료의 한 문장, 영어와 독일어가 달랐습니다
이 소식을 전한 1차 배포본들을 나란히 읽어 봤습니다.
막스플랑크협회(MPG)와 MPE의 영문 보도자료에 이런 문장이 있습니다.
"S301 is now the first star in which this effect around a black hole has been measured."
— 이 효과(렌제-티링)가 블랙홀 둘레에서 측정된 첫 별이라는 뜻
논문과 어긋납니다. 논문 제목은 "자전에 민감한 별의 발견"이고, 본문은 "10년 안에 잴 공정한 가능성"이라고 적으니까요.
흥미로운 건 같은 내용의 독일어 배포본입니다. 해당 문장이 "Mit S301 wurde nun der erste Stern gefunden, bei dem dieser Effekt um ein schwarzes Loch messbar wird" — 이 효과가 측정 가능해지는 첫 별이 발견됐다, 입니다. 적어도 이 한 문장은 독일어판이 논문과 맞고 영어판이 어긋납니다. 다만 두 판본 중 어느 쪽이 먼저 쓰였는지는 확인하지 못해서, 어느 쪽이 '고쳐졌다'고는 말할 수 없어요. 같은 자리의 문장 뜻이 다르다는 것까지가 확인한 사실입니다.
작은 차이 같지만 이 연구에서는 그게 전부입니다. "측정됐다"와 "측정 가능해졌다" 사이에 앞으로 약 10년이 들어 있으니까요.
그런데 걸리는 건 그 한 문장만이 아닙니다. 두 언어판 모두 겐첼 소장의 발언을 "Within the next decade, we will measure the black hole’s rotation directly"(독일어판 „Innerhalb des nächsten Jahrzehnts messen wir die Rotation des Schwarzen Lochs direkt")로 싣습니다 — 다음 10년 안에 잰다. 논문의 표현은 "공정한 가능성"이었죠. 박사과정생인 망의 현재형 발언("we are measuring how it gets distorted by the rotation of the black hole itself")도 두 판본에 똑같이 있고요. 연구자들이 계획을 힘주어 말한 것이지만, 읽는 사람에게는 이미 잰 것처럼 들릴 수 있습니다. 반면 ESO 보도자료에 실린 망의 발언은 "hope to measure"였고, 연합뉴스 기사도 "이번 관측만으로 궁수자리 A*의 회전을 측정한 것은 아니"라는 단서를 분명히 적었습니다.
하나 더. ESO는 S301을 "우리은하에서 가장 빠른 별"이라고 소개했는데, 이 표현 자체는 논문에 없습니다. 다만 틀린 말이라기보다 논문 숫자에서 끌어낸 최상급이에요 — 논문은 S301이 근점 거리가 가장 작은 별이고 "알려진 가장 상대론적인 별 궤도"에 있다고 적으니, 근점 속도도 거기서 따라 나옵니다. 짚어 둘 건 둘입니다. 이 속도는 시선속도 없이 궤도로부터 계산한 값이라는 것, 그리고 3절에서 본 대로 다른 팀이 짧은 주기의 별들을 주장해 온 영역이라는 것.
07심사 기록에 남은 질문들
Nature는 이 논문의 심사 기록을 CC BY로 공개했습니다. 심사자는 넷으로 적혀 있지만 한 명은 다른 심사자와 공동 검토했다고만 남겨서, 보고서는 사실상 셋입니다. 그중 하나는 "변경 없이, 지체 없이 게재하라"였고, 나머지 둘이 꽤 날카로운 질문을 남겼어요. 이 글의 주제와 직결되는 것만 옮깁니다.
첫째, "100 μas는 너무 좋게 잡은 것 아니냐." 한 심사자는 모의 계산의 위치 오차 100 μas가 이 별의 실제 오차보다 훨씬 작아 보인다며(심사자는 이 별의 오차가 300~1000 μas로 보인다고 적었습니다), 어느 정도 오차에서 자전에 둔감해지는지 물었습니다. (같은 보고서의 다른 질문에서는 오차가 0.25~0.30 mas까지 작아 보인다고도 적었고, 저자들은 그 질문에 대개 0.3 mas 아래라고 답했습니다. 방법 절에는 영상 격자에서 오는 약 207 μas의 잡음 하한이 적혀 있고요.) 100 μas 질문에 대해 저자들은 현재 자료가 GRAVITY+의 최종 성능을 대표하지 않는다고 설명했어요 — 새 적응광학계는 2025년 초부터야 쓸 수 있었고, 앞으로 레이저 가이드별 보조 적응광학과 광학계 전체를 표면 정밀도가 10배 좋은 것으로 바꾸는 업그레이드가 더해진다는 겁니다. 그리고 100 μas는 "지나치게 낙관적인 수가 아니다"라고요. 다만 몇 μas를 넘으면 둔감해지는지 문턱값을 숫자로 내놓지는 않았습니다. 합리적인 답이지만, 미래 장비 성능에 대한 기대라는 점은 그대로 남습니다.
둘째, "무작위라는 말은 오해를 부른다." 다른 심사자는 원고가 자전축 방향을 '무작위로(randomly)' 골랐다고 쓴 것을 두고, 이 말은 보수적으로 잡았다는 인상을 주지만 실제로는 가장 낙관적인 배치라고 지적했습니다. 그리고 실제로 측정되는 양은 χ 자체가 아니라 χ cos ξ에 가깝다고 짚었어요. 저자들은 해당 절에서 'randomly'를 뺐고, 가장 낙관적인지에는 동의하지 않았지만 "χ = 1을 고른 건 물론 낙관적"이라고 인정했습니다. (다만 게재본 그림 3의 설명글에는 "a randomly oriented (λ = ξ = 0, pointing towards the Sun), maximally spinning (χ = 1) black hole"이라는 표현이 남아 있습니다. 괄호 안에 실제로 고른 방향이 적혀 있긴 합니다.) 덧붙여 χ cos ξ는 궤도면 안 성분 이야기입니다. 식 1에는 궤도면 밖 성분(sin ξ·sin λ에 비례)도 있어요. 논문 그림 3c는 유리한 방향을 가정한 모의 자료 한 벌에서 χ와 자전축 방향(±30° 안팎)을 함께 제약한 예를 보여 주고, 확장 데이터 그림 9는 자전축 방향에 따라 검출 유의성이 어떻게 달라지는지를 보여 줍니다.
셋째, "이미 보이는 슈바르츠실트 세차로 새 결과를 낼 수 없냐." 한 심사자는 이 별의 근점이 S2보다 한 자릿수 가까우니, 지금 자료로도 일반상대성이론을 가장 강하게 시험할 수 있지 않겠냐고 기대했습니다. 저자들이 확인해 보니 아직은 아니었습니다. 초기 자료 두 점의 오차가 커서, S301 혼자 낸 값은 fSP = 0.94 ± 0.88(일반상대성이론이면 1)로 S2에서 얻은 제약보다 약합니다. 게재본에 이 숫자가 그대로 실렸어요.
넷째, 데이터 공개. 2차 심사에서 한 심사자에게 남은 "유일한 우려"는 이 별의 위치 측정값을 표로 실어 달라는 것이었습니다. 게재본의 데이터 공개 문구는 원시 자료는 ESO 아카이브에 공개돼 있고, 자료 처리 소프트웨어와 영상 복원 코드(GR, gr_public 저장소)도 공개돼 있으며, 위치 측정값은 교신저자에게 요청하면 받을 수 있다고 적습니다.
이 기록을 읽고 저는 오히려 논문을 더 믿게 됐습니다. 까다로운 질문이 실제로 나왔고, 저자들이 계산으로 답할 수 있는 곳은 계산으로 답했고, 답이 약한 곳(S301 단독의 상대성이론 검증)은 약하다고 본문에 적었으니까요.
08이 평범한 별은 어디서 왔을까
마지막으로 '평범해서 중요하다'는 이야기요.
블랙홀 코앞에서는 조석력이 너무 세서 별이 태어나기 어렵습니다. 그러니 S301은 다른 곳에서 태어나 이리로 왔다고 봐야 해요. 논문이 가장 자연스럽다고 보는 시나리오는 힐스 기작입니다. 서로 도는 쌍성이 블랙홀에 너무 가까이 왔다가 찢어지면서, 한 별은 블랙홀에 붙잡히고 다른 별은 초고속으로 튕겨 나간다는 거죠. 이렇게 붙잡힌 별은 이심률이 매우 크게 나오는데, 이전 시뮬레이션에서 비슷한 조건의 별들이 이심률 중앙값 0.985를 보였다고 합니다. S301의 0.98과 잘 맞아요.
연구진은 원래 쌍성의 간격을 약 0.05~0.2 AU(공전 주기 5~20일)로 거슬러 계산했고, 검증 가능한 예측도 하나 붙였습니다. 그런 가까운 쌍성은 서로 자전이 맞물려 있었을 테니, S301의 적도 자전 속도가 초속 20~70 km쯤일 수 있다는 것. 이것도 앞으로 ELT/MICADO의 고분해능 분광으로 확인할 수 있다고 봅니다. 물론 다른 가능성도 적어 둡니다 — 별이 이곳에 오래 머물러 이심률이 무작위로 섞였다면, 이만큼 큰 이심률이 우연히 나올 확률도 약 3%라고요.
그리고 별이 태양 정도로 작다는 게 여기서 효자 노릇을 합니다. 거성이었다면 근점을 지날 때 조석력에 겉껍질이 뜯겨 궤도가 흔들렸을 텐데, 주계열성은 버틸 수 있습니다. 논문 계산으로 S301 같은 주계열성은 약 10 RS보다 가까이 와야 조석으로 부서지고, S301은 그보다 훨씬 바깥을 지나요. 자전을 재려면 궤도가 깨끗해야 하는데, 이 별은 깨끗한 시험 입자로 쓸 수 있는 크기인 겁니다.
SIM 만유인력과 중력 가속도거리가 줄면 힘이 어떻게 커지는지 — 조석력이 '가까운 곳에서 갑자기' 세지는 이유의 출발점 →
회전하는 블랙홀이 주변 시공간을 끌고 돈다는 생각이 궁금해졌다면, 같은 개념을 실험실 쪽에서 다룬 회전 블랙홀에서 에너지를 뽑는다는 실험 이야기도 함께 읽어 보세요.
09그래서 이 발견의 크기는
수업에서 일반상대성이론을 이야기하면 학생들은 대개 '멀고 추상적인 이론'으로 받아들입니다. 그런데 이 연구는 그걸 아주 구체적인 질문으로 바꿔 놓아요. 어느 별을, 어떤 정밀도로, 몇 년 동안 보면, 블랙홀의 자전이 몇 자리까지 나오는가.
S301이 준 것은 답이 아니라 답에 이르는 경로입니다. 논문 표현으로는 별의 운동으로 궁수자리 A*의 자전을 잴 "최초이자 현재로서는 유일한 실용적인 방법 중 하나"고요. 첫 숫자가 언제 나올지는 2031년 근점 통과 전후의 관측과, 시선속도가 언제 보태지느냐에 달려 있습니다.
"측정됐다"가 아니라 "잴 수 있는 별이 생겼다". 이 뉴스의 알맹이는 그 차이에 있습니다.
- 2026년 8월 19일 Nature: 궁수자리 A*를 8.7년에 한 바퀴 도는 주계열성 S301 발견(GRAVITY+ 공동연구단). 알려진 최단 공전 주기라고 논문은 적습니다 — 다른 팀이 더 짧은 주기의 별을 주장한 적이 있어 엇갈리는 지점입니다.
- 이심률 0.98, 근점 136~142 RS(S2의 약 1/10, 지구-태양 거리의 약 12배), 근점 속도 광속의 8.3~8.5%. 시선속도가 아직 없어 궤도 방향이 두 가지로 남습니다.
- 자전 신호(렌제-티링)는 p−3/2, 질량 신호(슈바르츠실트)는 p−1로 커집니다. 그래서 S301의 한 바퀴당 자전 몫 0.11° × χ cos ξ가 S2에서 이미 검출된 질량 몫 약 12′과 같은 자릿수가 됩니다.
- 자전은 아직 측정되지 않았습니다. 논문은 "10년 안에 공정한 가능성"을 모의 계산으로 제시했고, 그 계산은 χ = 1(저자 표현으로 낙관적), 자전축이 궤도와 대략 나란함, 위치 정밀도 100 μas(GRAVITY+ 최종 성능 기대치), ELT/MICADO의 시선속도 초속 1 km를 전제합니다.
- MPG/MPE 영문 보도자료의 한 문장은 "has been measured"인데 독일어 판의 같은 문장은 "messbar wird"(측정 가능해진다)입니다. 두 판본 모두 "10년 안에 잰다"는 단정형 연구자 발언을 싣습니다. ESO의 "가장 빠른 별"은 논문 숫자에서 끌어낸 표현으로, 논문 자체에는 없습니다.
- 공개된 심사 기록: 100 μas 가정·자전축 방향 가정에 대한 질문이 있었고, S301 단독의 일반상대성이론 검증은 아직 S2보다 약합니다(fSP = 0.94 ± 0.88). 검출과 위치는 CLEAN·독립 적합 코드 두 개로 교차 확인됐습니다.
- 기원은 힐스 기작(쌍성이 찢겨 한 별만 붙잡힘)으로 보며, 짝별은 초고속별로 튕겨 나갔을 것으로 봅니다. 다음 근점 통과는 2031년.
이 글의 근거 — 1차 자료
- 발견 논문(전 절, 히어로 그림, 표 1·2, 계산대). GRAVITY+ Collaboration: Abd El Dayem, K., Abuter, R., Aimar, N. 외 (2026). Discovery of a star sensitive to the spin of Sagittarius A*. Nature 657, 359–363. 접수 2026-01-16 · 수락 2026-07-08 · 온라인 2026-08-19 · 호 발행 2026-09-10. 오픈 액세스(CC BY 4.0). 교신저자 S. Gillessen · F. Mang · J. Osorno.
서지는 Crossref DOI 레코드와 대조했습니다(권·쪽 일치. 논문 바이라인은 92인 + GRAVITY+ Collaboration이고, Crossref 레코드는 94항목입니다).updated-by항목이 없어 정정·철회는 등록돼 있지 않습니다(2026-09-15 확인). 본문은 출판사 PDF 전문을 내려받아 읽었습니다.
· 초록(축자): "Here, we report the discovery of a faint main-sequence star (mK = 19.3), S301, on an 8.7-year orbit and with small enough a pericentre distance, such that the peak velocity of the star reaches 25,000 km s−1. Within the measurement abilities of current near-infrared interferometry and future spectroscopy on an extremely large telescope, the motion of S301 is directly sensitive to the spin of Sgr A*."
· 1절: 자전 효과가 "fall off with distance r to the black hole at a rate of r−3"라는 서술, X선 철 Kα선("albeit the impact of spin is small")·강착 이론("not assumption-free")·중력파("The cleanest signatures") 목록, 중력 탐사선 B의 5σ 검출, 궁수자리 A* 질량 4.3 × 106 태양질량과 거리 8.3 kpc(궤도 적합에는 R0 = 8,277 pc). 광년 환산(약 2만 7천 광년)은 제 계산입니다.
· 2절: S2 근점 통과 때 "an additional change of measured atomic line positions of about 200 km s−1"(논문 서론은 이를 중력 적색편이로 적지만, 원 측정인 GRAVITY 2018 초록은 "the combined gravitational redshift and relativistic transverse Doppler effect for S2 of z ~ 200 km/s / c"로 적어 본문은 이쪽을 따랐습니다), "By 2020, … the orbit had precessed in 2018 by around 12′", "For S2, current instrumentation requires prohibitively long time series to detect the spin", S2 근점 "1,400 RS (Schwarzschild radii, 1RS = 10 μas for Sgr A*)".
· 3절: "In spring 2023, we discovered a faint star 15 mas northwest of Sgr A*", 2021년 "strong inference"·2017년 "weak inference", "Overall, we have 19 astrometric positions of S301", ERIS 분광에서 검출 실패와 "we do not yet have any radial velocity information", 긴반지름 83 mas(S2보다 33% 작음), "the star sets a new record for the shortest known orbital period around Sgr A*", 이전 기록 S55(S0-102) 12년, 이심률 0.9832·0.9821, 근점 136·142 RS("around 10 times smaller than that of S2"), 한 바퀴당 슈바르츠실트 세차 2.0°·1.9°, 근점 속도 "about 25,600 km s−1 or 8.5% of c and 25,000 km s−1 or 8.3% of c", 분광형 F1.5, 질량 "between approximately 1.1M⊙ and 1.5M⊙, depending on the age". 근점 통과는 "early 2023". 궤도 견고성: "S301 is inferred by both methods at the same position as with the imaging code, within statistical errors", "Both fitting tools are separately implemented in different programming languages", CLEAN으로도 검출(확장 데이터 그림 2), "the orbit fit converges uniquely … at χ2 = 26 for 34 degrees of freedom". 가장 가까운 근점: "makes S301 an outlier with the smallest value of rp", 논의 절 "the most relativistic stellar orbit known".
· 4절(렌제-티링): "The in-plane contribution of the Lense–Thirring precession is 0.11°χ cosξ per revolution … comparable to the angle by which S2′s pericentre advances due to the Schwarzschild metric". 궤도 평균 식(방법 절 식 1)은 ΔϖLT = −8πχ cosξ [GM/(a(1−e²)c²)]3/2입니다. 표 2와 계산대는 이 식과 슈바르츠실트 식 6πGM/(a(1−e²)c²)에 RS = 2GM/c², a(1−e²) = rp(1+e)를 넣어 제가 계산했습니다. S301(136 RS, e = 0.9832)에서 2.00°·0.115°, S2(1,400 RS, e = 0.88)에서 12.3′이 나와 논문 값과 맞습니다. 32배(101.5)라는 비교와 '자전 몫 ÷ 질량 몫'도 제 계산입니다.
· 5절(모의 계산): "extending the existing measurements with simulated observations between 2026 and 2035", "The simulations for the spin measurement assume that S301 orbits an isolated Kerr black hole in the absence of external perturbations", 그림 3 설명글 "These mock data constrain χ with an uncertainty <0.2 and also the orientation to around ±30°", 확장 데이터 그림 9 설명글 "Over a wide range of possible orientations, we expect to be able to detect the spin.", "we estimate that within a decade, there is a fair chance to directly measure the spin of Sgr A* from the S301 orbit", "We optimistically adopt χ = 1 and an orientation approximately aligned with the stellar orbital angular momentum", "a realistic astrometric precision of 100 μas (as expected for the final performance of GRAVITY+) and 1 km s−1 accuracy on the radial velocity as reachable with future ELT/MICADO observations", "A sampling of 10 data points per year until 2035, with 10 additional data points around pericentre, would yield a spin constraint with an uncertainty on χ of <0.2 …, equivalent to a >5σ detection of χ = 1 compared with the non-spinning (χ = 0) case." 방향 의존성: "The best chances of detection are for co- or anti-alignment"(확장 데이터 그림 9 설명글)와 "the minima correspond to alignment of the spin along the semi-major axis of the orbit". 2PN: "future robust spin constraints will require modelling up to 2PN (second post-Newtonian) order to avoid systematic biases at low spins." 섭동: 20 태양질량 블랙홀 60개, 100회 실현에서 "an average orbital-plane precession per orbital period of 0.65+0.36−0.56 arcmin", "This contribution is typically sub-dominant compared with the Lense–Thirring precession for moderate-to-high dimensionless spins and favourable orientations", 원반형 극단 사례("all the mass … is concentrated within the orbit of S301 in a disk and in which the orientation of the orbit is a few degrees from the disk")에서 교점 세차가 "larger, by up to an order of magnitude, than the Lense–Thirring precession", 반면 "for most orientations and for less extreme mass distributions … one or two orders of magnitude smaller", 그리고 렌제-티링은 근점 부근·섭동은 원점 부근에 몰린다는 서술. 2PN이 자전과 맞먹는다는 비교는 논문 본문이 아니라 심사 기록(4번 심사자 제안과 저자 답변의 비율 식)에 있습니다.
· 7절: "The current dataset is consistent with general relativity at the first post-Newtonian (1PN) level, although the resulting PPN bounds are weaker than those derived from S2 … with fSP = 0.94 ± 0.88." 격자 잡음 하한 "this evaluates to about 207 μas". 데이터 공개: 원시 자료는 ESO 아카이브, "The astrometric data are available upon request to the corresponding author S.G.", 코드 공개 "The GR source code is available at https://gitlab.mpcdf.mpg.de/gravity/gr_public.git". 그림 3 설명글: "the red ones correspond to a randomly oriented (λ = ξ = 0, pointing towards the Sun), maximally spinning (χ = 1) black hole."
· 3절 각주(다른 팀의 짧은 주기 별): 방법 절 "Comparison with previously claimed short-period stars" — "several short-period stars with orbital periods as low as 4 years were claimed … using adaptive-optics based imaging techniques, thus at a resolution 15 times worse than the GRAVITY data", 그리고 "In none of our reconstructed images, we have detected a significant contribution of flux beyond background noise that we could attribute to the claimed stars." 이 논문이 인용하는 원 주장은 Peißker 외, ApJ 899, 50 (2020, S4711 7.6년)과 ApJ 933, 49 (2022, S4716 4년)입니다. 이번 논문은 먼저 "we can exclude that the objects in ref. 49 named S4711 and S62 (different from the star our team calls S62; see ref. 51), and that have similar orbital periods as S301, are actually S301"라고 적고(S4711은 "e = 0.768"로 이심률이 훨씬 작고, S62는 "the claimed orbit revolves anticlockwise, unlike S301"), 결론은 "Apart from this, none of the other claimed stars have orbital elements similar to the ones of S301. Hence, S301 is newly discovered."입니다. S4714는 Peißker 외 2020의 arXiv 초록(arXiv:2008.04764)에서 확인했습니다: "S4714 is the most prominent one with an orbital period of 12 years and an eccentricity of 0.985". 저는 이 논문들의 본문은 읽지 않았고, 초록과 이번 논문의 서술만 옮겼습니다.
· 8절(기원): "a compact main-sequence binary was tidally separated by Sgr A*, leaving behind S301 … and ejecting its companion as a hyper-velocity star", 시뮬레이션 이심률 "median eccentricity of 0.985", 원래 쌍성 "abin ≈ 0.05–0.2 au, corresponding to orbital periods Pbin ≈ 5–20 days", "vrot ≈ 20–70 km s−1", 주계열성의 조석 반경 "rt ≈ 10 RS < rp", 자전 속도는 "which might be observable with future high-resolution spectroscopy", 대안 "there is an approximately 3% chance to find such a high eccentricity for a thermal distribution".
· 9절 인용: "S301 provides one of the first and currently only practical ways to measure the spin of Sgr A* with stellar dynamics." - 심사 기록(7절). Peer Review File, 논문 온라인판에 공개(CC BY 4.0). 원고 판본이 게재본과 달라 절 번호·그림 번호가 다릅니다.
· 1번 심사자: "I recommend that the article should be published without change and without delay."
· 2번 심사자: "Why is an error of 100 uas assumed as the typical astrometric error in the simulations of the spin sensitivity given that the typical error of this star appears to be 300-1000 uas? At what typical astrometric error would the star not be sensitive to the spin of SgrA*?" 저자 답변: "The current data are not yet representative for the final, expected performance of GRAVITY+ … the newly installed adaptive optics system was only available since (beginning of) 2025 … the round value chosen is not an overly optimistic number." 광학계 업그레이드는 "the upcoming upgrade of all instrument optics with factor 10 improved surface figure", 레이저 가이드별은 미래형 "The key difference will be the laser-guide-star assisted adaptive optics". 초고는 이 둘을 섞어 레이저 가이드별 적응광학이 2025년 초에 들어왔다고 잘못 적었고 검수에서 고쳤습니다 — 2025년 초부터 쓸 수 있었던 건 "the newly installed adaptive optics system"이고, MPG 보도자료는 네 대의 레이저가 처음 발사된 시점을 "Beginning of November 2025"로 적습니다. 같은 심사자의 다른 질문("S301 appears to have errors as low as 0.25-0.30 mas")에 대한 답변에서 저자들은 "the uncertainties are typically in the range below 0.3mas"라고 적습니다 — 본문은 두 질문과 답을 구분해 옮겼습니다.
· 2번 심사자 2차: "The only remaining concern is in the data availability." — 위치 측정값을 표로 실어 달라는 요청입니다. 이에 대한 저자의 2차 답변은 파일에 없어서, 본문에는 게재본의 데이터 공개 문구만 적었습니다.
· 4번 심사자: "I find the use of the word "randomly" for the chosen orientation of the spin to be misleading: this word implies that the authors are following a conservative approach when, in reality, this is by far the most optimistic configuration." / "In practice, what one measures is x*cos(beta)". 저자 답변: "We have omitted the word "randomly" in former section 4.2 (now Appendix D). … we don't think this the most optimistic case. (But the choice of chi=1 is of course.)" 원문의 x·beta는 이 글의 χ·ξ에 해당합니다.
· 3번 심사자: "I co-reviewed this manuscript with one of the reviewers who provided the listed reports." · 4번 심사자의 2PN 지적: "the 2nd order PPN effect becomes comparable to the Lense-Thirring effect (due to spin) when the spin of the black hole is <0.1/|cos beta|", 저자 답변 "This shows the standard effect that the 2PN term dominates the 1.5PN term as the spin decreases". 3절의 2026년 관측점: "by now, we have obtained a first 2026 data point for S301, and it is precisely where the orbit had it predicted." · 4번 심사자의 슈바르츠실트 세차 제안과 답변: "Unfortunately, the uncertainties of the first two data points are too large to make any firm statement; and the S2-derived constraint remains (for the moment) the stronger one." - 보도자료(5·6절). 아래 인용은 모두 2026-09-15에 내려받은 페이지 원문과 문자열로 대조했습니다.
· MPG 영문: A star with an Extreme Orbit: S301 feels the rotation of the Milky Way's central black hole. 문제의 문장 "The effect is significantly weaker and therefore more difficult to detect. S301 is now the first star in which this effect around a black hole has been measured." 같은 문장이 MPE 영문 배포본에도 있습니다. 해설 영상 제목 "We hope to measure the spin of the black hole in the next 15 years"도 MPG 페이지에 있습니다. 단정형 발언: 영문 "Within the next decade, we will measure the black hole’s rotation directly", "We’re not just measuring spacetime curvature; we are measuring how it gets distorted by the rotation of the black hole itself." / 독일어 „Innerhalb des nächsten Jahrzehnts messen wir die Rotation des Schwarzen Lochs direkt", „Wir messen nicht nur die Krümmung der Raumzeit". 레이저 가이드별: "Beginning of November 2025, four lasers were fired into the sky above ESO’s Paranal Observatory".
· 독일어 배포본(idw): Ein Stern auf extremer Bahn: S301 spürt die Rotation des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße. 해당 문장 "Der Effekt ist deutlich schwächer und daher schwieriger nachzuweisen. Mit S301 wurde nun der erste Stern gefunden, bei dem dieser Effekt um ein schwarzes Loch messbar wird." 두 판본 중 어느 쪽이 원본인지는 확인하지 못했습니다(2026-09-15 기준 두 페이지 모두 해당 문장 유지).
· ESO: eso2612 — Milky Way's fastest star orbits our supermassive black hole so closely it feels its spin. "Astronomers have discovered the fastest known star in our galaxy", 각주 "At its closest approach, the star passes just 1.78 billion km from the black hole, around 12 times the Sun-Earth distance or just 20% larger than the Sun-Saturn distance", "as it makes its next closest passage in 2031", "Observing at least two complete orbits of S301 allows its trajectory to be constrained with high enough precision to enable the team to directly determine the spin of Sagittarius A* for the first time", 저자 발언 "With this star we hope to measure, within the next 10 years, the spin of the black hole". 3절의 17억~18억 km는 논문의 136·142 RS에 질량 4.297 × 106 태양질량의 RS(약 1,269만 km)를 곱한 제 계산이고, 태양-토성 거리 약 14억 km(9.5 AU)는 일반 값입니다. 논문 본문에는 '가장 빠른 별'이라는 표현이 없음을 PDF 전문 검색으로 확인했습니다(fastest 0건). - S2의 슈바르츠실트 세차(2절, 표 1). GRAVITY Collaboration (2020). Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole. Astron. Astrophys. 636, L5. 초록: "Owing to its highly elliptical orbit (e = 0.88) …", "From data up to the end of 2019 we robustly detect the SP of S2, del phi = 12' per orbital period." 이번 논문의 참고문헌 8번입니다. 200 km/s의 원 측정은 GRAVITY Collaboration (2018), Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole, Astron. Astrophys. 615, L15 — 초록 "we robustly detect the combined gravitational redshift and relativistic transverse Doppler effect for S2 of z ~ 200 km/s / c".
- ELT 일정(5절). ESO 공지 ann25001(2025-03-14): 망원경 첫 빛 2029년 3월, "scientific first light" 2030년 12월. MICADO가 언제부터 과학 관측에 쓰일지는 이 공지에 없어서 본문에 적지 않았습니다.
- 한국어 보도(6절). 연합뉴스, 이주영 기자, [사이테크+] "우리은하 내 가장 빠른 별 발견…블랙홀 회전 측정 길 열었다"(2026-08-20, 다음 뉴스 게재본). 본문에 "연구팀은 다만 이번 관측만으로 궁수자리 A*의 회전을 측정한 것은 아니라며"라는 단서가 있습니다. 이 판단은 제가 확인한 이 기사를 근거로 한 것이고, 모든 한국어 보도를 전수 조사한 것은 아닙니다.
- 이 글이 하지 않은 주장. 궁수자리 A*의 자전이 측정됐다고 쓰지 않았습니다. 자전이 빠를 것이라거나 특정 값일 것이라고도 쓰지 않았습니다 — 계산대의 χ = 1은 논문의 낙관적 가정을 따라 한 것이고, 궁수자리 A*의 실제 자전에 대한 다른 추정(예: 사건지평선망원경 영상 모형)은 이 글에서 다루지 않았습니다. 10년 안에 반드시 잰다고도 쓰지 않았습니다 — 논문의 표현은 "fair chance"입니다. ESO의 "가장 빠른 별"이 틀렸다고도 쓰지 않았습니다 — 논문에 없는 표현이지만 논문 숫자에서 끌어낼 수 있는 최상급입니다. MPG 영문 보도자료의 문장을 의도적 과장이라고도 쓰지 않았습니다. 확인한 것은 영문과 독일어 판본의 의미가 다르다는 사실까지입니다. 그리고 다른 팀이 보고한 S4716·S4711이 존재하지 않는다고도 쓰지 않았습니다 — 두 팀의 주장이 엇갈린다는 것만 적었습니다.