우리지구가 돌고 있는 태양은 우리은하 중심을 돌고 있습니다. 달은 달보다 무거운 지구를 돌고 있고, 지구는 더 무거운 태양을 돌고 있습니다. 그렇다면 우리은하 중심엔 태양보다 훨씬 무거운 무언가가 있어서 그것을 태양이 돌고 있다는 이야기가 됩니다. 도대체 얼마나 무거운 것이 우리은하 중심에 있을까요?

먼저 지구의 질량을 알아내는 방법부터 말씀 드리겠습니다. 뉴턴의 중력법칙으로부터 지구-달 거리와 달의 공전속도만 알면 지구의 질량을 계산할 수 있습니다. 정말 대단하지 않습니까? 달의 질량을 몰라도 공전속도(대략 초속1km)와 거리(대략40만km)만 알면 지구의 질량을 알수 있다는 것은 정말로 대단한 발견입니다. 실제로 이 방법을 사용해 영국의 헨리캐번디시는 1789년 지구의 질량을 알아냈습니다. 현재 지구의 질량은 대략6x10^24kg 입니다.

마찬가지 방법으로 태양-지구 거리(약1억5천만km)와 지구공전속도(약 초속30km)를 알면 태양의 질량을 알 수 있습니다.

태양의 질량은 대략2x10^30kg정도입니다. 또, 같은 방법을 동원하면 우리은하 중심으로부터 태양 거리(대략2.6광년)와 태양의 공전속도(대략 초속220km)로부터 우리은하 중심의 질량을 유추할 수 있습니다. 우리은하중심의 질량은 대략2x10^41kg정도입니다. 그런데 이 값은 실제론 우리은하 전체의 질량이라 생각해야 합니다. 태양계의 거의 모든 질량은 태양에 몰려있는데 반해, 우리은하는 약2천억개의 별들이 모여있고 대부분 우리 태양보다 안쪽에 몰려있으므로 이것들을 다 합한 질량으로 봐야 합니다. 즉, 우리은하 전체의 질량이 대략2x10^41kg 정도인 것입니다.

그러면 우리은하 중심엔 얼마나 무거운 것이 존재할까요?

1995년부터 2008년까지 14년간 우리은하 중심부를 꾸준히 관찰한 결과 그림과 같은 사진을 얻을 수 있었습니다. 사진에는7개의 별이 우리은하 중심을14년간에 걸쳐 도는 모습이1년마다 찍혀 있습니다. 사진만 보아도 이7개 별의 공전중심이 어딘지 알 수 있습니다. 오른쪽 그림에서 오른쪽의 가로/세로 선이 만나는 곳입니다. 이7개 별들 각각의 공전속도와 공전반경으로 부터 중심질량을 계산해 평균하면 우리은하 중심의 질량을 알수 있습니다. 이렇게 하여 우리 은하 중심에는 태양의410만배 질량(약8.2x10^36kg)이 있다는 것을 알아냈고, 계속되는 연구로 그 크기는 직경이 6.25광시 즉, 빛의 속도로6.25시간 가는 거리보다 크지 않다는 것까지 알아냈습니다. 우주에서 이 정도 크기에 태양의410만배 질량을 가질 수 있는 천체는 블랙홀 이외에 달리 없습니다. 사진에서처럼 우리은하 중심엔 아무것도 없는 것처럼 보이지만 실제론 빛도 빠져나올 수 없는 엄청난 질량의 블랙홀이 아주 좁은 공간에 존재하고 있는 것입니다.