초기 우주에서 거대 은하의 탄생

우주 초기, 128억 년 전 두 은하가 충돌하는 모습이 포착되었다.

이러한 은하의 특성은 이들이 합쳐져 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나인 거대 은하를 형성할 것임을 시사한다.

이 연구 결과는 초기 우주에서 은하와 블랙홀의 진화를 이해하는 데 중요한 의미를 지닌다.

 

퀘이사는 초기 우주의 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀로 떨어지는 물질에 의해 밝게 빛나는 천체이다.

가장 널리 받아들여지는 이론에 따르면, 가스가 풍부한 두 은하가 합쳐져 하나의 더 큰 은하를 형성할 때, 두 은하의 중력 상호작용으로 가스가 하나 또는 두 은하의 초대질량 블랙홀로 떨어지면서 퀘이사 활동이 발생한다.

 

이 이론을 검증하기 위해, 이즈미 다쿠마가 이끄는 국제 연구팀은 ALMA 전파 망원경을 이용하여 가장 초기의 쌍성 퀘이사를 연구하였다.

이 쌍성 퀘이사는 마쓰오카 요시키가 스바루 망원경으로 촬영한 이미지에서 발견되었다.

처녀자리 방향에 위치한 이 쌍성 퀘이사는 우주의 첫 9억 년 동안 존재하였다.

이 쌍성 퀘이사는 어둡기 때문에, 퀘이사가 아직 진화 초기 단계에 있음을 나타낸다.

ALMA 관측을 통해 퀘이사의 모 은하를 매핑한 결과, 두 은하가 가스와 먼지의 "다리"로 연결되어 있음을 확인하였다.

이는 두 은하가 실제로 합병 중임을 나타낸다.

또한 ALMA 관측을 통해 새로운 별 형성의 원료인 가스의 양을 측정하였다.

 

연구팀은 두 은하가 매우 가스가 풍부하다는 것을 발견하였으며, 이는 미래에 더 강력한 퀘이사 활동뿐만 아니라, "별폭발"이라고 알려진 별 형성의 급격한 증가도 유발할 것임을 시사한다.

별폭발 활동과 강력한 퀘이사 활동의 결합은 초기 우주에서 거대 은하로 알려진 초밝은 천체를 만들 것으로 예상된다.

 

목차

• 블랙홀 주변의 난류 현상 규명

블랙홀 주변의 난류 현상 규명

도호쿠 대학과 우쓰노미야 대학의 연구팀이 첨단 슈퍼컴퓨터를 활용하여, 블랙홀 주변의 ‘강착 원반’이라는 구조에서 발생하는 복잡한 난류 현상을 이해하는 데 큰 진전을 이루었다.

강착 원반은 이름에서 알 수 있듯이, 중심의 블랙홀을 향해 나선형으로 내부로 향하는 원반 모양의 가스이다.

 

블랙홀의 독특하고 극단적인 특성을 연구하는 데 많은 관심이 집중되고 있다.

그러나 블랙홀은 빛을 탈출시키지 않기 때문에 망원경으로 직접 관측할 수 없다.

따라서 블랙홀을 탐사하고 연구하기 위해서는 블랙홀이 주변 환경에 미치는 영향을 관찰한다.

 

강착 원반은 망원경으로 관측할 수 있는 전자기 복사를 방출하기 때문에 블랙홀의 영향을 간접적으로 관찰할 수 있는 방법 중 하나이다.

“강착 원반의 거동을 정확하게 시뮬레이션하면 블랙홀 주변의 물리적 현상에 대한 이해가 크게 향상됩니다.”라고 요헤이 카와즈라는 설명한다. “이는 사건 지평선 망원경의 관측 데이터를 해석하는 데 중요한 통찰력을 제공합니다.”

연구팀은 RIKEN의 ‘후가쿠’ (2022년까지 세계에서 가장 빠른 컴퓨터)와 NAOJ의 ‘아테루이 II’와 같은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 전례 없는 고해상도 시뮬레이션을 수행하였다.

이전에도 강착 원반의 수치 시뮬레이션이 있었지만, 계산 자원의 부족으로 인해 관성 범위를 관측하지 못했다.

이 연구는 강착 원반 난류에서 크고 작은 소용돌이를 연결하는 ‘관성 범위’를 성공적으로 재현한 최초의 연구이다.

 

또한 이 범위에서 ‘느린 자기음속파’가 지배적인 역할을 한다는 사실도 발견되었다.

이 발견은 강착 원반에서 이온이 선택적으로 가열되는 이유를 설명한다.

강착 원반의 난류 전자기장은 대전 입자와 상호 작용하여 일부 입자를 극도로 높은 에너지로 가속할 수 있다.

 

자기유체역학에서 자기음속파(느리고 빠름)와 알펜파는 기본적인 파동 유형이다.

느린 자기음속파가 관성 범위를 지배하며, 알펜파보다 약 두 배의 에너지를 전달하는 것으로 나타났다.

이 연구는 또한 알펜파가 지배적인 태양풍 난류와 강착 원반 난류의 근본적인 차이를 강조한다.

이러한 발전은 블랙홀 근처의 영역에 초점을 맞춘 전파 망원경의 관측 데이터의 물리적 해석을 개선할 것으로 기대된다.