블랙홀을 모방하는 암흑물질 ‘별’ 탐색 연구

2019년 관측된 중력파 사건 ‘GW190521’은 태양 질량의 수십 배에 이르는 두 개의 거대 블랙홀이 충돌·병합한 신호로 해석되어 왔음
그러나 해당 신호가 반드시 블랙홀 충돌에서 비롯된 것인지에 대한 대안적 가능성이 제기되고 있음
중력파는 시공간의 미세한 왜곡을 감지하는 방식으로, 2015년 최초 관측 이후 150건 이상의 블랙홀 병합 사례가 확인되었으며, 최근 O4 관측 캠페인(2023~2025)에서는 약 250건의 후보 사건이 추가로 탐지됨
이러한 ‘중력파 황금기’ 속에서, 일부 신호가 기존 블랙홀 모델과 완전히 일치하지 않을 가능성이 연구 대상이 되고 있음

포르투갈 아베이루대 Herdeiro 교수가 이끄는 NewFunFiCO 프로젝트는 블랙홀 대안 천체의 존재 가능성을 탐색하고 있음
연구는 미국·이탈리아·일본의 초정밀 중력파 검출 네트워크 LIGO- Virgo-KAGRA의 실제 관측 데이터를 활용해 수행됨
주요 연구 대상은 ‘보손별(boson stars)’로, 외형상 블랙홀처럼 보이지만 사건의 지평선을 가지지 않는 가상의 초고밀도 천체임
보손별은 전자보다 수조 배 가벼운 가상의 암흑물질 입자 ‘액시온(axion)’ 등 초경량 암흑물질로 구성될 가능성이 제기됨
행성 크기이지만 태양과 유사한 질량을 갖는 구조가 이론적으로 가능하며, 내부는 암흑물질로 채워져 있음
연구진은 보손별 간 충돌·병합이 실제로 발생할 경우, 블랙홀 병합과 유사하지만 미세하게 다른 중력파 신호를 생성할 수 있다고 분석
GW190521 사건 역시 보손별 충돌 신호일 가능성이 이론적으로 제기됨
이 밖에도 암흑물질 핵을 가진 중성자별, 사건의 지평선이 없는 ‘그라바스타(gravastar)’ 등 다양한 비표준 천체 후보도 분석 대상에 포함됨

연구는 중력파 관측 데이터를 활용해 직접 관측되지 않은 천체의 존재 가능성을 실증적으로 검증하려는 시도라는 점에서 학문적 의의가 큼
만약 보손별과 같은 천체가 실제로 확인된다면, 이는 암흑물질의 실체에 대한 최초의 물리적 단서를 제공할 수 있으며 우주 전체에 대한 이해를 근본적으로 변화시킬 가능성이 있음
설령 가설이 입증되지 않더라도, 기존 블랙홀 모델을 넘어선 새로운 물리학적 탐색 경로를 제시한다는 점에서 의미가 있음
중력파 관측을 위해 개발된 초정밀 레이저 간섭계, 진동 차단 시스템, 초정밀 광학 기술 등은 정밀 제조, 의료 영상, 항법 시스템 등 다양한 산업 분야로 파급 효과를 보이고 있음
연구진은 우주에는 아직 발견되지 않은 암흑물질 덩어리가 ‘별’처럼 존재할 가능성이 있으며, 단 하나의 사례만 확인되더라도 암흑물질의 본질 규명에 중대한 전환점이 될 것이라고 강조

NewFunFiCO 프로젝트