[뉴스스페이스=김정영 기자] 미국 매사추세츠 대학교 애머스트(UMass Amherst) 물리학자들이 향후 10년 내 천문학자들이 원시 블랙홀(Primordial Black Hole, PBH)의 폭발을 목격할 확률이 90%에 이를 수 있다는 획기적인 예측을 내놓았다.

이 연구는 기존의 10만 년에 한 번꼴로 예상되던 폭발 관측 확률을 크게 상향시키며 우주 기원과 기본입자 물리학 연구에 혁신적인 전환점을 예고한다.

UMass Amherst 공식 발표, Physical Review Letters, SciTechDaily, Popular Mechanics, LIGO Caltech 뉴스에 따르면, 원시 블랙홀은 빅뱅 직후 우주 초기에 형성된 이론상의 블랙홀로 기존 별의 붕괴로 생성되는 항성 블랙홀과는 다르다. 이들은 질량이 매우 작아 호킹 복사(Hawking radiation)를 방출하며 증발하다가 궁극적으로 폭발하는 것으로 알려져 있다.

이번 연구진은 특히 '다크-QED 토이 모델'을 활용해 암흑 물질과 연관된 가상의 입자 '다크 전자'를 포함하는 새로운 전기적 상호작용을 가정했다. 이에 따라 원시 블랙홀이 미세한 ‘다크 전기적 전하’를 띠면서 잠시 안정화됐다가 최근에 이르러 폭발할 가능성을 제시했다. 기존에 원시 블랙홀은 전기적 중성이며 폭발은 극히 드문 현상으로 여겨졌던 기존 가설과 대조적이다.

UMass Amherst 조교수 마이클 베이커는 “이번 10년 이내 반드시 폭발을 목격할 것이라 단언할 수는 없으나, 90% 확률에 이를 수 있다”며 “현재 감마선 관측 기술과 지상 망원경은 지구에서 약 0.3광년 이내에 일어나는 폭발을 포착할 능력을 이미 갖추고 있다”고 설명했다.

이러한 폭발을 통해 호킹 복사의 직접 관측, 원시 블랙홀의 첫 확인, 그리고 우주를 구성하는 기본 입자들의 목록 작성이 가능해져 물리학 전반에 걸친 근본적인 패러다임 전환이 예상된다. UMass Amherst 박사후 연구원 호아킴 이과즈 후안은 “이 발견은 우주의 역사와 기본 물리학에 대한 전면적인 재정의를 촉진할 것”이라고 밝혔다.

시기적절하게도, 이번 원시 블랙홀 폭발 예측은 최근 LIGO-Virgo-KAGRA 협력체가 발표한 역대 가장 명료한 블랙홀 중력파 관측 결과와 맞물린다. 이들은 지난해 관측한 질량이 태양 질량의 225배에 달하는 최대급 블랙홀 병합 신호를 통해 스티븐 호킹이 제안한 블랙홀 면적 정리를 재확인했다.

현재 감마선 관측 위성과 지상 망원경들이 호킹 복사의 감마선 신호를 포착할 수 있는 수준으로 고도화되었으며, 우주정거장에 탑재된 알파 자기 검출기(AMS) 등 장비를 활용한 호킹 복사 감지 시도도 진행 중이다. 이로써 2025년대에는 원시 블랙홀 폭발에 관련된 관측 기록들이 급속히 쌓일 전망이다.

이번 연구 결과는 우주 암흑 물질 구성 및 초기 우주론 이해에도 새 이정표가 될 수 있다. 암흑 물질과 상호작용하는 새로운 전자 입자 개념 도입은 천체물리학과 입자물리학의 융합 연구를 진전시키며, 블랙홀 폭발 탐지로 이어지는 타임라인을 근본적으로 변화시키고 있다.

이번 발견은 우주 탄생과 운명을 해명하는 중요한 열쇠로 평가되며, 국내외 첨단 천문학 및 물리학 연구의 폭넓은 관심과 추가 검증을 촉발할 것으로 전망된다.