밤하늘에서 별 하나가 폭발도 없이 그냥 사라진다면 믿기 어렵다. 그런데 그런 장면을 실제로 잡아낸 실패한 초신성 관측 기록이 하나둘 쌓이고 있다.
나는 처음 이 이야기를 접했을 때 낚시성 제목인 줄 알았다. 별이 소리 없이 블랙홀이 된다는 게 상식과 안 맞았기 때문이다.
폭발이 왜 실패하는지 그 원리는 따로 다룬 적이 있어서, 여기서는 반대쪽을 파보기로 했다. 진짜 그런 별을 사람이 어떻게 관측했고 증거가 얼마나 단단한지가 궁금했다.
안드로메다에서 사라진 별을 관측으로 잡다
M31-2014-DS1은 2014년 밝아졌다가 2016년에 사라진 별이다. 안드로메다 은하에 있고 지구에서 약 250만 광년 떨어져 있다.
원래는 그 은하에서도 손꼽히게 밝은 축에 드는 별이었다고 한다. 태양보다 13배쯤 무거운 거대한 별이었다.
컬럼비아대학교의 키샬레이 다 연구팀이 이 별을 오래 지켜봤다. 2014년 적외선 밝기가 오르며 뭔가 시작됐다. 2016년쯤부터 밝기가 뚝 떨어졌다.
2022년과 2023년에 허블 망원경과 켁 천문대로 다시 확인했더니 가시광선으로는 아예 보이지 않았다. 밝기가 원래의 1만분의 1 수준이었다.
도시에서 제일 밝던 간판이 10년 만에 반딧불보다 어두워진 격이다. 초신성이었다면 요란하게 밝아졌다 사라졌을 텐데, 이 별은 조용히 꺼지기만 했다.
18년치 관측 데이터가 말해주는 것
이 별이 특별한 건 2005년부터 2023년까지 18년치 관측 자료가 쌓여 있다는 점이다. 밝기가 어떻게 오르내렸는지 긴 흐름으로 남았다.
먼 은하에 있는 별 하나의 밝기 변화를 뒤쫓는 일은 생각보다 까다롭다. 거리가 멀면 자료 해상도가 떨어져서 해석의 여지가 넓어지기 때문이다.
연구팀은 이 자료를 12~13 태양질량짜리 황색 초거성이 약 5 태양질량 블랙홀로 무너진 과정으로 읽었다. 폭발다운 폭발 없이 물질 대부분이 안으로 되떨어졌다는 해석이다.
나는 자료를 파보니 이 긴 관측 기간이 왜 중요한지 납득이 갔다. 짧게 찍은 사진 몇 장으로는 이런 결론을 못 낸다.
실패한 초신성 첫 후보였던 N6946-BH1
N6946-BH1은 2009년에 잠깐 밝아졌다가 사라진 별이다. NGC 6946 은하에 있고 지구에서 약 2200만 광년 떨어져 있다.
태양보다 25배 무거운 적색 초거성이었는데, 한때 태양의 100만 배 밝기까지 올랐다가 그대로 자취를 감췄다. 허블로도 스피처 적외선 망원경으로도 잡히지 않았다.
오하이오주립대 연구팀이 대형쌍안망원경으로 7년 넘게 지켜보다 찾아낸 사례다. 폭죽에 불을 붙였는데 터지지 않고 속으로 주저앉은 셈이라, 실패한 초신성의 첫 유력 후보로 불렸다.
다만 워낙 멀리 있어 자료가 빈약했다. 확정 짓기에는 애매한 상태로 오래 남아 있었다.
제임스웹이 다시 본 N6946-BH1 관측
제임스웹 우주망원경이 2023년 8월 이 자리를 다시 들여다봤다. 근적외선 카메라와 중적외선 장비로 전에 못 보던 파장까지 훑었다.
그런데 결과가 단순하지 않았다. 사라지기 전후의 관측이 실은 최소 세 개 광원이 겹친 것이었다는 점이 드러났다.
멀리서 한 점 불빛 같던 게 가까이 보니 여러 개였던 격이다. 남은 잔광의 광도는 원래 별의 13~25% 수준으로 측정됐다.
장작불이 꺼져도 재가 한동안 뜨듯 남는 것처럼, 희미한 적외선 잔광이 남아 있었다. 다만 이 잔광이 두 별이 충돌해 생긴 먼지로도 설명돼서, 블랙홀이 확실하다고 못 박기는 이르다는 게 지금 분위기다.
나는 이 대목이 의외였다. 첫 후보라던 별조차 재관측에서 그림이 더 복잡해졌으니, 관측이 쌓일수록 신중해지는 게 오히려 정상이다 싶었다.
관측된 사례로 따진 실패한 초신성 비율
무거운 별의 10~30%가 실패한 초신성으로 최후를 맞는 것으로 본다. 이 숫자는 이론뿐 아니라 관측에서도 나온다.
대형쌍안망원경 서베이는 가까운 은하 27개를 11년간 지켜봤다. 그사이 관측 은하 안에서 정상 초신성이 여섯 번 터졌다.
이만큼 별이 죽는데 조용히 사라지는 별이 이 정도 비율이면, 눈에 안 띄게 만들어지는 블랙홀이 우주에 꽤 많다는 계산이 선다. 이 글을 쓰는 2026년 8월 기준으로도 이 추정치가 유지되고 있다.
아래는 관측으로 확인됐거나 실패한 초신성을 뒷받침한다고 보는 사례를 모은 것이다.
| 천체 | 위치와 거리 | 관측에서 드러난 특징 |
|---|---|---|
| M31-2014-DS1 | 안드로메다·약 250만 광년 | 2014년 밝아졌다 2016년 급감, 밝기 1만분의 1로 사라짐 |
| N6946-BH1 | NGC 6946·약 2200만 광년 | 2009년 잠깐 밝아진 뒤 소멸, 태양 25배 적색 초거성 |
| VFTS 243 | 대마젤란은하 타란툴라 성운 | 쌍성 궤도가 거의 원, 폭발이 남길 흔적이 없음 |
| 백조자리 V404 | 우리 은하 안 | 삼중성계로 바깥 별이 남아 직접붕괴를 뒷받침 |
하나하나 보면 각각 빈틈이 있다. 그래도 서로 다른 방식의 관측이 같은 결론을 가리킨다는 점이 눈에 들어온다.
실패한 초신성 시나리오를 향한 반론
다 정리된 이야기는 아니다. 2026년 1월 이스라엘 테크니온의 노암 소커가 이 시나리오 자체를 반박하는 논문을 냈다.
블랙홀이 생긴 뒤 떨어지는 물질의 1% 미만만 빨려 들면서 제트가 10년 넘게 유지돼야 하는데, 그 조건이 지나치게 정교해야 한다는 지적이다.
관측 쪽 반론도 있다. M31-2014-DS1을 2024년 제임스웹과 찬드라 X선 천문대로 다시 봤더니 중적외선 잔광은 남았지만 X선은 잡히지 않았다.
블랙홀로 물질이 떨어지면 X선이 나와야 한다. 안 나왔다는 건 블랙홀 형성을 확정하기엔 아직 이르다는 뜻이다.
내가 보기엔 반론이 나오는 게 나쁜 신호는 아니다. 양쪽이 논문으로 주고받는다는 건 주제가 그만큼 진짜라는 방증이다.
여러 관측 증거가 겹치는 지점
M31-2014-DS1 말고도 다른 방향의 관측이 같은 쪽을 가리킨다. 2022년 대마젤란은하 타란툴라 성운에서 VFTS 243이라는 블랙홀 쌍성계가 나왔다.
이 쌍성의 궤도가 거의 완벽한 원이었다. 초신성이 터졌다면 그 반동으로 궤도가 찌그러지거나 쌍성이 깨졌을 텐데 그런 흔적이 없었다.
2024년에는 백조자리 V404 블랙홀 곁에서 멀리 도는 세 번째 별이 발견됐다. 삼중성계 블랙홀인데, 시뮬레이션을 수만 번 돌려도 직접붕괴가 아니면 그 바깥 별이 남아 있을 수 없었다.
별이 반드시 폭발해야 블랙홀이 되는 건 아닐 수 있다. 조용히 무너지는 길이 있고, 그게 생각보다 드물지 않다는 쪽으로 관측이 모이고 있다.
2️⃣ 첫 후보 N6946-BH1은 2023년 제임스웹 재관측에서 잔광 광도가 원래 별의 13~25%로 확인됐다
3️⃣ 관측 은하에서 터진 정상 초신성 수를 근거로 무거운 별의 10~30%가 조용히 무너진다고 본다
나는 블랙홀 하면 거창한 폭발부터 떠올렸는데, 소리 없이 태어나는 블랙홀이 관측으로 잡히고 있다는 게 이번에 제일 남았다. 제임스웹 후속 자료가 더 쌓이면 그림이 한결 또렷해질 것 같다.
자주 묻는 질문
Q1. 실패한 초신성 관측이란 무엇인가
A. 무거운 별이 밝은 초신성 폭발 없이 조용히 어두워지다 사라지는 과정을 망원경으로 추적하는 것을 말한다. 그 자리에 블랙홀이 남은 것으로 본다.
Q2. M31-2014-DS1은 어떻게 사라진 게 확인됐나
A. 2005년부터 2023년까지 18년치 자료로 밝기가 오르내리다 원래의 1만분의 1로 꺼지는 흐름이 잡혔다. 가시광선으로는 더 이상 보이지 않는다.
Q3. 제임스웹 재관측에서 N6946-BH1은 어떻게 나왔나
A. 2023년 8월 관측에서 과거 자료가 최소 세 광원의 혼합이었고 잔광 광도는 원래 별의 13~25% 수준으로 나왔다. 항성 충돌로도 설명돼 해석은 아직 갈린다.
Q4. 실패한 초신성은 얼마나 흔한가
A. 무거운 별의 약 10~30%가 이렇게 최후를 맞는 것으로 추정한다. 대형쌍안망원경이 27개 은하를 11년간 관측한 자료가 근거 중 하나다.
Q5. 왜 아직 확정이 아니라고 하나
A. 시나리오 자체를 반박하는 논문이 있고, M31-2014-DS1은 2024년 후속 관측에서 X선이 검출되지 않았다. 블랙홀 형성을 못 박기엔 자료가 더 필요하다.
Q6. 폭발 없이 블랙홀이 되면 뭐가 달라지나
A. 빛을 거의 내지 않아 눈에 안 띄는 블랙홀이 많다는 뜻이 된다. 관측되는 초신성이 이론보다 적은 잃어버린 초신성 문제도 이걸로 일부 풀린다.
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