초기 우주의 급격한 성장을 설명할 수 있는 밝게 빛나는 퀘이사 발견

예일 대학교가 주도하는 천문학자 팀이 초기 우주의 일부 천체가 매우 빠른 속도로 성장한 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있는 강렬하게 밝아졌다 어두워지는 퀘이사를 발견했습니다.

 

 

NuSTAR X선 우주 망원경의 가장 먼 관측 대상

이 발견은 1월 14일 미국 천문학회 겨울 회의에서 발표되었으며, 2012년에 발사된 NuSTAR X선 우주 망원경이 발견한 가장 먼 천체이자 지금까지 확인된 것 중 가장 "변화가 심한" 퀘이사 중 하나입니다.

 

 

초기 우주에서 발견된 제트를 가진 초거대 블랙홀

예일 대학교 천체 물리학 박사후 연구원이자 1월 14일 천체 물리학 저널 레터스에 발표된 새로운 연구의 주 저자인 레아 마르코툴리는 "이번 연구에서 우리는 이 퀘이사가 지구를 향해 제트를 방출하는 초거대 블랙홀일 가능성이 매우 높으며, 우주가 처음 생겨난 후 10억 년 안에 이 모습을 보고 있다"고 말했습니다. 즉, 우주 초기에 형성된 초거대 블랙홀의 활동적인 모습을 직접 관측한 것입니다.

 

 

우주에서 가장 오래되고 밝은 천체, 퀘이사

퀘이사는 우주에서 가장 오래되고 밝은 천체 중 하나입니다. 블랙홀이 물질을 끌어들이는 은하 중심부의 활성 은하핵(AGN)에서 형성된 퀘이사는 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선 및 감마선 파장에서 관측될 수 있는 전자기 복사를 방출합니다. 이러한 "가시성" 덕분에 퀘이사는 우주의 구조와 진화를 이해하려는 노력에 유용한 지표가 되었습니다. 즉, 다양한 파장에서 관측되는 퀘이사의 특징을 통해 우주의 초기 모습과 진화 과정을 연구할 수 있다는 것입니다.

 

 

우주 재이온화 시기 연구의 중요한 단서

예를 들어, 천문학자들은 대폭발 이후 10억 년이 채 되지 않은 시기에 전기적으로 중성인 수소 원자가 전하를 띠게 되고 최초의 별들이 우주를 밝히기 시작한 재이온화 시기를 연구하기 위해 퀘이사를 주목합니다. 퀘이사의 빛을 분석함으로써 초기 우주의 물질 상태와 진화 과정을 유추할 수 있기 때문입니다. 이번에 발견된 퀘이사는 이러한 초기 우주 연구에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대됩니다.

 

 

우주 암흑 시대의 종말과 재이온화

찬드라 X선 센터의 천문학자이자 이 연구의 공동 교신 저자인 토마스 코너는 "재이온화 시대는 우주 암흑 시대의 종말로 여겨진다"고 말했습니다. 재이온화를 일으킨 정확한 시기와 원인에 대해서는 여전히 논쟁이 진행 중이며, 활발하게 물질을 흡수하는 초거대 블랙홀이 그 원인 중 하나로 제안되고 있습니다. 즉, 초기 우주의 암흑 상태를 종식시키고 현재와 같은 이온화된 우주를 만든 원동력 중 하나로 초거대 블랙홀이 주목받고 있다는 것입니다.

 

 

X선 방출의 급격한 변화

이 연구에서 연구진은 J1429+5447로 명명된 먼 퀘이사의 NuSTAR 관측 결과를 4개월 전 찬드라 X선 망원경의 관련 없는 관측 결과와 비교했습니다. 그 결과, 퀘이사의 X선 방출량이 매우 짧은 시간 안에 두 배로 증가한 것을 발견했습니다 (상대성 이론 효과로 인해 지구에서의 4개월은 퀘이사에게는 단 2주에 해당합니다). 즉, 지구에서 관측한 시간 간격은 퀘이사의 시간 흐름과는 차이가 있으며, 실제 퀘이사에서는 훨씬 짧은 시간 동안 급격한 변화가 일어난 것입니다.

 

 

제트 방출과 상대성 이론의 효과

예일 대학교 문리과 대학의 물리학 및 천문학 교수이자 이 연구의 공동 저자인 멕 어리는 "강도와 속도 면에서 이러한 수준의 X선 변동성은 극단적"이라고 말했습니다. "이는 거의 확실하게 우리를 향하는 제트, 즉 입자가 중심의 초거대 블랙홀에서 최대 100만 광년 떨어진 곳까지 운반되는 원뿔에 의해 설명됩니다. 제트가 거의 광속으로 이동하기 때문에 아인슈타인의 특수 상대성 이론의 효과가 변동성을 가속화하고 증폭시킵니다." 즉, 퀘이사에서 방출되는 제트가 지구를 향하고 있으며, 그 속도가 매우 빨라 상대성 이론의 효과가 두드러지게 나타난다는 것입니다.

 

 

재이온화 연구와 초기 우주 연구에 중요한 정보 제공

연구진은 이번 발견이 재이온화를 연구하는 천문학자들에게 매우 필요하고 중요한 정보를 제공한다고 말했습니다. 또한 천문학자들이 초기 우주에서 다른 초거대 블랙홀 후보를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 즉, 이번 연구를 통해 얻은 정보는 초기 우주 연구의 중요한 자료가 될 뿐만 아니라, 향후 추가적인 연구를 위한 방향을 제시해 줄 수 있다는 것입니다.

 

 

초거대 블랙홀의 급격한 성장과 제트 방출 메커니즘에 대한 의문

마르코툴리는 "잠재적으로 제트를 방출하는 더 많은 초거대 블랙홀을 발견하는 것은 이러한 블랙홀이 어떻게 그렇게 짧은 시간 안에 그렇게 커졌는지, 그리고 제트 방출 메커니즘과의 관련성이 무엇인지에 대한 의문을 제기한다"고 말했습니다. 즉, 이번 발견을 통해 초기 우주에서 초거대 블랙홀이 어떻게 빠르게 성장할 수 있었는지, 그리고 제트 방출의 원인은 무엇인지에 대한 추가적인 연구의 필요성이 제기된 것입니다.