원시 블랙홀은 수십 년간 천문학계가 가장 좋아하는 가상의 존재였다. 마치 '나중에 보자'고 말해놓고 좀처럼 나타나지 않는 천체계의 약속과도 같았다. 이제 마이애미 대학 연구진은 최근 중력파 검출이 마침내 이 고대 물체들을 이론의 영역에서 '아, 그래서 암흑물질이 거기 숨어 있었구나'라는 범주로 끌어올릴지도 모른다고 생각한다.\n\n초기 우주 이야기에 익숙하지 않은 이들을 위해 설명하자면, 원시 블랙홀은 빅뱅 직후 첫 1초의 찰나에 형성된 것으로 추정되며, 최초의 별이나 은하가 제 모습을 갖추기 훨씬 전이다. 항성 붕괴로 생기는 블랙홀과 달리, 이 가상의 천체는 소행성만 한 크기에서부터 훨씬 더 큰 덩치까지 다양할 수 있다. 말하자면 우주의 다락방에 쌓인 잡동사니인 셈이다.\n\n원시 블랙홀은 한 번도 확인된 적이 없지만, 과학자들은 이것이 우주에 관한 몇 가지 주요 질문에 답할 수 있다고 믿는다. 가장 큰 질문 중 하나는 암흑물질의 본질이다. 암흑물질은 모든 물질의 약 85%를 차지하는 보이지 않는 물질로, 은하를 뭉치게 하는 중력 끌어당김을 제공한다. 그러니까, 꽤 중요하다는 얘기다.\n\n"우리의 연구가 이것들이 실제로 존재한다는 사실을 확인하는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다."라고 마이애미 대학 물리학과의 니코 카펠루티 부교수가 말했다. 그는 박사과정 학생 알베르토 마가라자와 함께 수행한 연구를 언급하며 이렇게 밝혔다.\n\n이들의 연구는 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)가 작년 말 보고한 가능한 발견에 기반을 두고 있다. LIGO는 특이한 중력파 신호를 감지했다. 중력파는 블랙홀 충돌을 포함한 우주에서 가장 격렬한 사건들에 의해 생성된 시공간의 잔물결이다. 기본적으로 연못에 돌을 던진 것과 같은 우주적 버전인데, 돌이 블랙홀이고 연못이 현실의 직물이라면 말이다.\n\n알려진 대부분의 블랙홀은 거대한 별이 초신성으로 폭발한 후 형성된다. 이들의 질량은 보통 태양 질량의 몇 배에서 수십억 배에 이른다. 그러나 11월, LIGO는 적어도 하나의 천체가 태양 질량의 1 미만인 합병에 대한 자동 경보를 발령했다. 이렇게 작은 블랙홀은 기존의 항성 진화로는 설명하기 어렵고, 대신 원시 블랙홀을 가리킬 수 있다. 이는 천문학적으로 따지자면 뒷마당에서 공룡 뼈를 발견한 것과 같다.\n\n모든 사람이 확신하는 것은 아니다. 일부 천체물리학자들은 이 신호가 놀라운 새로운 발견의 증거라기보다 LIGO의 극도로 민감한 검출기 내의 단순한 잡음일 수 있다고 제안한다. 가끔은 '삐' 소리가 그냥 '삐' 소리일 때도 있으니까.\n\n카펠루티와 마가라자는 감지된 천체가 별이 존재하기 훨씬 전인 초기 우주의 밀집된 조건에서 형성된 원시 블랙홀로 가장 잘 설명된다고 주장한다. 이 아이디어를 시험하기 위해 연구진은 우주 전체에 얼마나 많은 원시 블랙홀이 존재할 수 있는지, 그리고 LIGO가 이를 얼마나 자주 감지해야 하는지 추정했다. "우리의 결과는 고무적입니다."라고 마가라자가 말했다. "우리는 LIGO가 관측했을 수 있는 것과 같은 태양 질량 미만의 블랙홀은 실제로 드물어야 하며, 지금까지 그러한 사건이 얼마나 드물게 관측되었는지와 일치합니다."\n\n이들의 연구 결과는 《천체물리학 저널》에 게재되었으며, 수수께끼의 LIGO 신호는 기존의 천체물리학적 설명이 없으며 원시 블랙홀과 가장 일치한다고 제안한다. 이 연구는 "기존의 천체물리학적 설명이 부족한 LIGO 신호에 대한 가장 그럴듯한 설명은 원시 블랙홀의 검출임을 시사합니다."라고 카펠루티가 말했다. "그리고 우리의 연구는 이 원시 블랙홀들이 암흑물질의 상당 부분, 어쩌면 전부를 설명할 수 있음을 나타냅니다."\n\n그럼에도 불구하고, 두 연구자는 한 번의 검출로는 문제를 해결하기에 충분하지 않다고 강조한다. 현재로서는 과학자들은 LIGO와 국제 파트너들이 동일한 패턴과 일치하는 추가 사건을 기록할지 기다려야 한다. "LIGO가 매우 강력한 증거를 포착했습니다."