우리은하 중심의 초대질량 블랙홀 궁수자리 A별 근처를 빠르게 도는 S301의 과학 시각화 이미지
S301은 우리은하 중심의 초대질량 블랙홀 궁수자리 A*에 매우 가까이 접근하며 최고 속도가 광속의 약 8.5%에 이르는 별이다. 과학적 시각화 이미지.

인간이 만든 비행체 중 가장 빠른 탐사선인 파커 태양 탐사선(Parker Solar Probe)은 태양 중력의 도움을 받아 시속 약 70만 km(초속 약 190 km)로 우주를 질주합니다. 우주에서 가장 빠르다는 빛의 속도(초속 30만 km)와 비교하면 고작 0.06% 수준에 불과합니다. 그렇다면 우주에서 가장 강력한 중력의 괴물인 거대 블랙홀 바로 곁을 아슬아슬하게 스쳐 지나가는 진짜 거대한 '항성(별)'은 대체 얼마나 빠른 속도까지 가속될 수 있을까요?

2026년 유럽남방천문대(ESO)의 초대형망원경 간섭계(VLTI) 국제 연구진(GRAVITY+ 컨소시엄)이 발표한 관측에 따르면, 우리은하 중심의 초대질량 블랙홀 궁수자리 A*(Sgr A*) 바로 곁을 도는 별 'S301'은 최근접점에서 초속 약 25,000~25,600 km라는 경이로운 최고 속도를 기록했습니다. 이는 진공 속 빛의 속도(c)의 무려 약 8.3~8.5%에 달하는 속도로, 2026년 ESO 발표에서 우리은하의 알려진 별 가운데 가장 빠른 별로 소개된 기록입니다. 지구가 1년에 걸쳐 태양을 공전하는 속도(초속 29.8 km)의 850배가 넘으며, 지구에서 달까지의 거리(약 38만 4,400 km)를 단 15초 만에 주파해 버리는 속도입니다.

은하 중심 S-성단 주요 별공전 주기 (P)궤도 이심률 (e)블랙홀 최근접 거리 (AU)근일점 최고 속도 (km/s 및 광속 비)
S2 (전통적 표준 모델)약 16.0 년약 0.884약 120 AU (명왕성 거리의 3배)약 7,700 km/s (광속의 약 2.6%)
S4714 (과거 최고 기록 후보)약 12.0 년약 0.985약 12.6 AU약 24,000 km/s (광속의 약 8.0%)
S301 (2026년 GRAVITY+ 신기록)약 8.7 년약 0.983 (극단적 타원)약 12 AU (토성 궤도 수준)약 25,600 km/s (광속의 약 8.5%)
태양계 지구 공전 속도1.0 년0.0167 (거의 원형)1.0 AU (태양 중심)약 29.8 km/s (광속의 0.01%)

초속 25,600km: 15초 만에 달에 도달하는 항성의 질주

초속 25,600 km라는 숫자는 일상적인 감각으로는 상상조차 불가능한 영역입니다. 이를 시속으로 환산하면 시속 약 9,216만 km에 달합니다.

우리은하 중심에서 S301이 극단적인 속도로 이동하는 모습을 표현한 과학 시각화 이미지
S301의 최고 속도는 약 초속 2만5,600km다. 이 속도는 별이 궁수자리 A*에 가장 가까이 접근하는 짧은 구간에서 나타난다. 과학적 시각화 이미지.
  • 지구 둘레(약 4만 km): 눈 한 번 깜빡할 사이인 단 1.56초 만에 지구 적도를 한 바퀴 회전합니다.
  • 지구-달 거리(약 38만 4,400 km): 아폴로 우주선이 사흘 밤낮을 날아갔던 거리를 단 15초 만에 통과합니다.
  • 지구-태양 거리(1 AU, 약 1억 4,960만 km): 태양빛으로도 8분 20초가 걸리는 거리를 이 별은 불과 1시간 37분 만에 주파합니다.

이것은 가상의 공상과학이 아닙니다. 지금 이 순간에도 우리은하의 한복판에서 태양 질량의 수 배에 달하는 거대한 진짜 별이 이 미친 속도로 암흑의 심연을 질주하고 있는 엄연한 현실입니다.

로켓 엔진이 아니다: 태양 430만 개가 당긴 중력의 롤러코스터

S301이라는 별에 자체적인 추진 엔진이 달린 것도 아닌데, 어떻게 광속의 8.5%라는 속도를 얻을 수 있었을까요? 답은 바로 '이심률 0.983'이라는 극단적으로 찌그러진 타원 궤도와 궁수자리 A*의 무시무시한 중력에 있습니다.

초대질량 블랙홀 궁수자리 A별에 가까이 접근하는 S301의 찌그러진 타원 궤도를 표현한 과학 시각화 이미지
S301의 궤도는 이심률 약 0.983의 매우 길쭉한 타원이다. 최근접점에서는 궁수자리 A*의 강한 중력 때문에 속도가 급격히 증가한다. 과학적 시각화 이미지.

케플러 제2법칙(면적속도 일정의 법칙)에 따르면, 궤도를 도는 천체는 중심 천체에 가까워질수록 중력 위치에너지를 운동에너지로 맞바꾸며 속도가 급격히 빨라집니다.

  1. 원일점(가장 먼 곳): 블랙홀에서 수백 AU 이상 멀리 떨어져 있을 때 S301은 상대적으로 여유롭게 서행합니다.
  2. 근일점(가장 가까운 곳): 그러나 중심부로 낙하하면서 태양 430만 배의 질량이 만드는 시공간의 깊은 중력 낭떠러지로 곤두박질칩니다.
  3. 12 AU의 스릴: 별이 블랙홀과 가장 가까워지는 거리는 고작 12 AU(약 18억 km)입니다. 우리 태양계로 치면 목성(5.2 AU)과 토성(9.5 AU) 바로 바깥쪽 정도의 좁은 구역까지 거대 블랙홀 코앞으로 다이빙하는 것입니다.

최근접점에서 S301의 속도는 초속 약 25,000~25,600km로 추정됩니다. 별은 반발력을 받아 튕겨 나가는 것이 아니라, 속도와 각운동량을 가진 궤도 운동을 이어갑니다. 가까워질 때 빨라지고 멀어질 때 느려지면서 약 8.7년 주기로 블랙홀을 돕니다.

빛의 간섭계: 칠레 사막에서 2만 7천 광년 너머를 꿰뚫다

지구에서 2만 7천 광년 떨어진 은하 중심부는 두꺼운 성간 먼지와 가스로 가득 차 있어 가시광선 망원경으로는 칠흑 같은 암흑만 보입니다. 더욱이 은하 중심의 별들은 빽빽하게 뭉쳐 있어 개별 별을 분리해 관측하는 것은 달 표면에 놓인 동전 하나를 식별하는 것보다 어렵습니다.

칠레의 초대형망원경 간섭계가 우리은하 중심 S301을 관측하는 장면의 과학 다큐멘터리 이미지
연구진은 VLTI와 GRAVITY 장비를 이용해 은하 중심의 희미한 별 S301의 위치 변화를 정밀하게 추적했다. 장기간의 위치 측정이 극단적인 궤도를 밝혀냈다. 과학적 시각화 이미지.

막스 플랑크 외계물리학 연구소(MPE)의 라인하르트 겐첼(Reinhard Genzel) 연구팀은 칠레 파라날 천문대의 초대형망원경 간섭계(VLTI)와 2세대 근적외선 측정 장비인 GRAVITY+를 동원했습니다. 직경 8.2m짜리 거대 망원경 4대를 광섬유로 연결해 직경 130m짜리 초대형 단일 가상 망원경과 맞먹는 공간 분해능을 구현한 것입니다.

2023년 봄 포착한 희미한 별의 위치를 여러 시기의 적외선 자료와 비교해 궤도를 추정했습니다. 연구진은 과거 자료에서도 별의 흔적을 찾아 2017년까지 위치 기록을 확장했습니다. 관측 자료에 가장 잘 맞는 모델을 구하는 과정이며, 궤도 매개변수에는 측정 불확실성이 따릅니다.

시공간을 비트는 검증: 아인슈타인의 꽃잎 궤도와 블랙홀 스핀

천문학자들이 S301의 속도에 열광하는 진짜 이유는 단순한 스피드 기록 경신 때문이 아닙니다. 이 별은 아인슈타인의 일반상대성이론을 우주에서 가장 극한의 조건으로 검증할 수 있는 '완벽한 천연 실험실'이기 때문입니다.

뉴턴 역학에서는 별이 영원히 닫힌 타원을 맴돌아야 하지만, 아인슈타인의 시공간 곡률 이론에 따르면 강한 중력장 속에서 궤도는 닫히지 않고 회전축 자체가 매 바퀴마다 조금씩 돌아가야 합니다. 이를 '슈바르츠실트 세차(Schwarzschild Precession)'라 부르며, 궤도가 마치 꽃잎(장미 곡선) 모양을 그리며 회전합니다.

  • 기존 별 S2의 세차: 16년 주기의 S2는 한 바퀴 돌 때마다 근일점이 약 12분(0.2도) 회전하는 것이 확인되어 아인슈타인의 이론을 증명했습니다.
  • S301에서 예상되는 세차: 측정한 궤도 매개변수를 상대론적 모델에 넣으면 한 바퀴당 약 2도 규모의 슈바르츠실트 세차가 예상됩니다. 이 예측과 블랙홀 회전에 의한 효과를 정밀하게 구분하려면 앞으로의 궤도 관측이 중요합니다.

더 나아가 천문학자들은 S301을 통해 현대 천체물리학의 마지막 성배인 '궁수자리 A*의 자전 스핀(Spin)'을 실측하려 하고 있습니다. 회전하는 블랙홀은 주변 시공간 자체를 믹서기처럼 함께 끌고 돌리는 '렌제-티링 효과(Lense-Thirring effect, 프레임 드래깅)'를 일으킵니다. S301처럼 블랙홀 턱밑을 광속의 8.5%로 질주하는 별만이 이 미세한 시공간 소용돌이의 흔적을 궤도 섭동으로 온전히 드러낼 수 있습니다.

S301은 빠른 별이라는 기록뿐 아니라 블랙홀 가까이에서 중력을 시험할 기회를 제공합니다. 그 속도가 별의 보편적인 한계라는 뜻은 아닙니다. 앞으로 궤도를 더 오래 추적하면 블랙홀 회전에 관한 예측을 관측과 비교할 수 있습니다.

자료 근거

  • GRAVITY+ Collaboration (2026), Discovery of a star sensitive to the spin of Sagittarius A* — Nature. S301의 발견, 궤도 추정과 블랙홀 회전 측정 가능성.
  • ESO (2026), Milky Way’s fastest star orbits our supermassive black hole so closely it feels its spin — 발견 경위와 초속 약 25,000km의 속도, 향후 궤도 관측 계획.
  • European Southern Observatory (ESO, 2020) — 『Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 around the Galactic centre massive black hole』: 일반상대성이론 슈바르츠실트 궤도 세차 및 일반상대론 실측 데이터.
  • Peißker, Florian et al. (2020) 『S4714: A star on a relativistic orbit around Sgr A*』 — The Astrophysical Journal: S-성단 초고속 별들의 근일점 속도 비교 및 프레임 드래깅 효과 분석.
  • Ghez, Andrea M. et al. (2008) 『Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole』 — The Astrophysical Journal: 궁수자리 A* 질량(4.3 × 10⁶ M☉) 및 은하 중심 거리 표준 물리량.