비어 있던 관측 기록을 이어 붙여 만든 블랙홀 사진

2019년 공개된 블랙홀 사진은 많은 사람들에게 우주의 신비를 보여 준 상징적인 장면처럼 남아 있었다. 하지만 공개 이전까지 연구팀이 확인하고 있던 화면은 우리가 지금 알고 있는 선명한 고리 형태와는 꽤 거리가 있었다. 일부 관측 로그는 시간 간격이 맞지 않았고 특정 지역 수신 내용은 기상 문제로 비어 있는 경우도 있었다. 여러 전파망원경 자료를 동시에 연결하는 과정에서도 파형 오차와 누락 구간이 반복해서 등장했고, 같은 데이터를 사용하면서도 연구팀마다 조금 다른 형태의 이미지가 계산되기도 했다. 연구진은 비어 있던 관측 구간을 하나씩 이어 붙이고 원자시계 데이터를 기준으로 시간을 새로 맞추며 연결 작업을 이어 갔다. 우리가 보고 있는 블랙홀 사진은 단순히 한 번 촬영된 결과라기보다 수많은 실패와 수정 끝에 정리된 관측 장면에 가까웠다. 지금 공개된 블랙홀 사진 역시 앞으로 훨씬 더 선명해질 관측 기술의 출발점으로 남아 있다. 

처음부터 선명한 사진은 아니었다

2019년 블랙홀 사진이 처음 공개됐을 때 많은 사람들은 이미 완성된 한 장의 우주 사진처럼 받아들이고 있었다. 하지만 실제 공개 이전 연구팀이 확인하고 있던 분석 화면은 지금 알려진 선명한 고리 형태와는 꽤 다른 모습이었다. 일부 전파 로그는 흐릿하게 끊겨 있었고 특정 구간에서는 수신 간격이 맞지 않는 경우도 남아 있었다. 처음 공개 후보로 올라왔던 정리 결과 가운데 상당수는 형태 자체를 구분하기 어려운 수준이었다. 특히 여러 지역 전파망원경 수신 내용을 동시에 맞추는 과정에서 예상보다 큰 오차가 반복됐다. 남극 지역 관측 일부는 기상 문제 때문에 저장 내용이 비어 있었고, 특정 시간대 자료는 기록 속도가 맞지 않아 연결이 늦어지는 경우도 나타났다. 같은 시간에 관측했다고 생각했던 로그 역시 실제 비교 과정에서는 미세한 시간 차이가 벌어지고 있었다. 공개된 결과만 보면 단순한 원형 고리처럼 느껴지지만 초기 분석 단계에서는 어디까지가 실제 블랙홀 그림자인지조차 쉽게 구분되지 않는 경우가 많았다. 나 역시 처음에는 강력한 전파망원경이라면 선명한 사진을 곧바로 얻을 수 있을 거라고 생각했다. 그런데 재구성 과정을 하나씩 읽다 보니 상황은 전혀 달랐다. 연구팀은 완성된 이미지를 처음부터 가지고 있었던 것이 아니라 흐릿하고 끊긴 파형 안에서 가능한 형태를 계속 찾아가고 있었다. 일부 분석 장면에서는 밝은 고리 자체가 거의 사라진 상태로 계산되기도 했고, 다른 후보 이미지에서는 중심부 그림자가 예상보다 크게 퍼져 보이는 경우도 있었다. 그 모습을 보다 보면 블랙홀 관측은 단순한 촬영이라기보다 끝없이 이어지는 탐사 복구 과정 쪽에 더 가까워 보이기 시작했다.

끊긴 데이터를 다시 이어 붙이기 시작했다

연구팀은 비어 있던 관측 구간을 이전 수신 내용과 나란히 맞추며 이미지 정리 과정을 이어 가기 시작했다. 전 세계 여러 전파망원경에서 동시에 수집된 로그는 생각보다 정리가 쉽지 않았다. 각 지역 장비마다 관측 환경이 달랐고 파장 오차 역시 조금씩 차이를 보이고 있었다. 시간 오차가 발생한 자료는 원자시계 데이터를 기준으로 시간순 정리되고 있었고, 일부 누락 구간은 다른 관측소 결과와 교차 검토하며 보정이 진행됐다. 당시 생성된 데이터 양도 엄청난 수준이었다. 인터넷 전송이 어려울 정도로 용량이 커서 실제 하드디스크를 비행기로 옮기는 과정까지 필요했다고 알려져 있다. 연구팀은 저장 장치별 상태를 하나씩 확인하며 누락된 내용이 없는지 반복 검토하고 있었다. 분석 과정에서는 특정 구간 파형을 확대해 이전 수신 내용과 나란히 확인하는 작업도 이어졌다. 화면만 보면 비슷해 보였는데 설명을 읽고 나서야 왜 연구팀이 같은 자료를 수없이 다시 확인했는지 조금 이해되기도 했다. 한쪽에서는 고리 형태가 조금 더 밝게 계산됐고 다른 정리 결과에서는 중심부 그림자 크기가 예상보다 넓게 표시되는 경우도 등장했다. 며칠 간격으로 공개된 분석 이미지를 보다 보면 같은 데이터를 두고도 결과 형태가 계속 달라지고 있다는 사실이 눈에 들어오기 시작했다. 어떤 후보 이미지는 밝은 고리 한쪽이 유난히 두껍게 나타났고, 다른 계산 화면에서는 중심 그림자 위치 자체가 조금 이동한 상태로 표시되기도 했다. 연구팀은 이런 차이를 줄이기 위해 여러 관측소 로그를 시간순으로 다시 배열하고 있었다. 이미지 정리 과정은 단순히 사진을 만드는 작업이라기보다 서로 다른 퍼즐 조각을 끝없이 이어 붙이는 장면에 가까웠다. 일부 관측 구간은 계산값이 서로 크게 달라져 한동안 연결 대상 자체에서 제외되는 경우도 있었다. 특정 분석 방식에서는 밝은 고리 영역이 거의 연결되지 않았고, 다른 계산 결과에서는 중심 그림자 크기가 지나치게 넓게 나타나기도 했다. 일부 후보 이미지는 밝은 고리 방향 자체가 예상과 크게 달라져 공개 직전 다시 제외되기도 했다. 연구팀은 어느 분석 결과가 실제 블랙홀 주변 구조에 더 가까운지 확인하기 위해 이전 로그와 새 분석 이미지를 계속 겹쳐 보고 있었다.

예상과 다른 결과가 계속 나타나고 있었다

분석이 길어질수록 예상과 다른 결과도 자주 등장하기 시작했다. 같은 관측 로그를 사용하고도 연구팀마다 조금 다른 형태의 블랙홀 이미지가 계산되는 경우가 나타났기 때문이다. 어떤 분석에서는 밝은 고리 아래쪽이 더 강하게 표시됐고, 다른 계산 방식에서는 오른쪽 부분 밝기가 훨씬 크게 나타났다. 일부 정리 결과는 블랙홀 그림자 크기가 예상보다 넓게 표시되면서 다시 검토 대상으로 돌아가기도 했다. 이 과정에서 재구성 방식 자체를 둘러싼 의견 차이도 쉽게 끝나지 않았다. 특정 알고리즘은 고리 형태를 더 부드럽게 연결했고, 다른 방식은 파형 간격 차이를 훨씬 강하게 반영하고 있었다. 연구팀은 어느 결과가 실제 블랙홀 주변 구조와 가장 가까운지 주기적으로 비교해야 했다. 하나의 이미지를 공개하기까지 수많은 후보 결과가 반복 수정되는 상황이 이어졌다. 특히 관심이 갔던 부분은 연구팀이 “완벽한 정답”보다 “가장 가능성 높은 형태”를 좁혀 가고 있었다는 점이었다. 일부 계산 결과는 공개 직전까지도 계속 조정됐고 특정 밝기 영역은 보정 대상에 다시 포함되기도 했다. 공개된 사진 역시 단 한 번 촬영된 결과라기보다 수많은 연결 작업을 거쳐 정리된 관측 장면에 가까웠다. 어느 순간부터는 블랙홀 사진보다 그 사진이 만들어지기 전 단계의 화면들이 더 궁금해지기도 했다. 새 복원 결과가 올라올 때마다 이전 후보 이미지와 밝은 고리 위치가 얼마나 달라졌는지 한동안 나란히 비교하게 되는 순간도 있었다. 같은 데이터를 두고도 형태가 계속 달라지는 모습을 보다 보면 연구팀이 왜 그렇게 오랫동안 분석 작업에 매달렸는지도 조금씩 이해되기 시작했다. 새 분석 결과가 공개될 때마다 이전 후보 이미지와 나란히 띄워 놓고 어느 부분이 달라졌는지 한참 비교하게 되는 날도 있었다. 

앞으로는 어디까지 보게 될까

블랙홀 사진 공개 이후 전파망원경 기술과 데이터 연결 방식은 지금도 이어 관측되고 있다. 연구팀은 더 많은 관측소를 연결해 해상도를 높이는 작업을 진행하고 있으며, 차세대 분석 기술을 통해 움직이는 가스 흐름까지 추적하려는 시도도 이어지고 있다. 차세대 전파망원경 계획 가운데에는 블랙홀 주변 변화를 훨씬 짧은 시간 단위로 이어 관측하려는 시도도 포함되고 있다. 지금은 한 장의 정지 화면처럼 보이는 블랙홀 사진도 앞으로는 시간 흐름에 따라 변화하는 가스 움직임까지 함께 확인하는 방향으로 이어질 가능성이 크다. 이전에는 블랙홀을 단순히 이론 속 천체처럼 느끼는 경우가 많았다. 그런데 실제 재구성 과정을 계속 보다 보니 지금은 밤하늘을 볼 때도 “보이지 않는 장면을 어떻게 이어 붙였을까” 같은 생각부터 먼저 떠오르는 날이 생기기 시작했다. 하나의 우주 사진 뒤에 얼마나 많은 수정과 실패 복구 과정이 숨어 있었는지 알고 난 뒤부터는 공개된 이미지 자체보다 그 이전 단계가 더 오래 기억에 남는 경우도 많아졌다. 앞으로 지금 화면에서는 흐릿하게 보이는 블랙홀 주변 가스 흐름도 훨씬 더 자주 비교하게 될지 모른다. 지금 공개된 블랙홀 사진 역시 앞으로 훨씬 더 선명해질 관측 기술의 출발 지점 가운데 하나로 자리 잡고 있었다.