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초기 우주 초대질량블랙홀 '잃어버린 고리' 찾았다

송고시간2022-04-15 17:01

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은하 중심에서 태양 질량의 수백만에서 수십억 배에 달하는 초대질량블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 밝게 빛난다.

초기 별 형성 은하와 퀘이사를 연결하는 고리가 없었기 때문인 데, 덴마크 코펜하겐대학 '닐스 보어 연구소'의 후지모토 세이지 박사가 이끄는 국제 연구팀이 초대질량블랙홀의 진화 과정을 밝힐 수 있는 '잃어버린 고리'를 찾아낸 결과를 과학 저널 '네이처'(Nature)를 통해 발표했다.

미국 항공우주국(NASA) 고더드 우주비행센터와 일본 자연과학연구기구 등에 따르면 연구팀은 허블 우주망원경 관측 자료에서 빅뱅 이후 약 7억5천만년 밖에 안 된 시점에서 자외선 및 적외선 광원인 'GNz7q'를 찾아냈다.

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허블 관측 자료서 130억광년 밖 퀘이사 진화 초기 단계 블랙홀 확인

폭발적 항성 형성 은하 중심의 먼지로 둘러싸인 초대질량블랙홀 상상도
폭발적 항성 형성 은하 중심의 먼지로 둘러싸인 초대질량블랙홀 상상도

[NASA, ESA, N. Bartmann 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = '준항성상천체'(quasistellar object)로도 불리는 '퀘이사'(quasar)는 초기 우주에서 은하보다 더 밝게 관측되는 거대 발광체다.

은하 중심에서 태양 질량의 수백만에서 수십억 배에 달하는 초대질량블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 밝게 빛난다. 이런 퀘이사가 별을 폭발적으로 만드는 은하의 먼지로 둘러싸인 블랙홀에서 시작해 급속히 팽창하며 진화했다는 가설이 제시돼 있지만 직접적인 증거는 없었다.

초기 별 형성 은하와 퀘이사를 연결하는 고리가 없었기 때문인 데, 덴마크 코펜하겐대학 '닐스 보어 연구소'의 후지모토 세이지 박사가 이끄는 국제 연구팀이 초대질량블랙홀의 진화 과정을 밝힐 수 있는 '잃어버린 고리'를 찾아낸 결과를 과학 저널 '네이처'(Nature)를 통해 발표했다.

미국 항공우주국(NASA) 고더드 우주비행센터와 일본 자연과학연구기구 등에 따르면 연구팀은 허블 우주망원경 관측 자료에서 빅뱅 이후 약 7억5천만년 밖에 안 된 시점에서 자외선 및 적외선 광원인 'GNz7q'를 찾아냈다.

이는 은하에서 나오는 빛이 아니며 블랙홀에 떨어지는 물질에서 기대할 수 있는 빛이었다.

GNz7q는 허블은 물론 주요 망원경이 가장 많이 탐색해 온 곳 중 하나인 큰곰자리 영역에서 지금까지 발견되지 않고 숨어있었다.

GNz7q는 먼지로 붉어진 퀘이사 빛을 보여 먼지로 가득한 별 형성 은하와 퀘이사의 특성을 모두 보였다. 또 초대질량블랙홀 강착 원반에서 나오는 것과 같은 퀘이사의 전형적인 빛은 관측되지 않아 아직 초대질량 단계에는 들어서지 못했다는 점을 보여주는 것으로 해석됐다.

허블망원경 이미지. 오른쪽 박스 중앙 붉은 점이 GNz7q
허블망원경 이미지. 오른쪽 박스 중앙 붉은 점이 GNz7q

[NASA, ESA, Garth Illingworth (UC Santa Cruz), Pascal Oesch (UC Santa Cruz, Yale), Rychard Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen, Denmark 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

연구팀은 이를 블랙홀이 급속히 팽창하며 은하의 에너지를 누르고 퀘이사가 돼가는 과정을 시작한 것이라고 설명했다.

연구팀은 GNz7q이 소속된 은하가 연간 태양질량 1천600개의 별을 폭발적으로 형성하는 것으로 분석했다.

후지모토 박사는 "GNz7q 빛의 전자기 스펙트럼 특성은 이론 시뮬레이션에서 예측해온 것과 훌륭하게 일치한다"면서 "우주 최초의 초대질량블랙홀이 관측된 곳과 근접한 시기에 별을 폭발적으로 만드는 은하의 중심에서 블랙홀이 급속히 팽창하는 첫 사례로 분석됐다"고 했다.

지난해 약 130억광년 밖서 관측된 것으로 발표된 J0313-1806이 가장 멀리있는 퀘이사로 기록됐는데, 이는 가장 오래된 초대질량블랙홀이라는 의미도 함께 갖고있다.

후지모토 박사는 앞으로 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 스바루 망원경, '아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체'(ALMA) 등을 조합해 다양한 전자기파로 관측하면 GNz7q와 같은 천체를 훨씬 더 많이 찾아낼 수 있다고 덧붙였다.

이와 함께 GNz7q를 기존 관측 자료에서 찾아낸 것처럼 보관 자료에서 새로운 발견이 이어질 수 있는 것으로 지적됐다.

eomns@yna.co.kr

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