신비한 초기 우주 퀘이사가 물리학에 도전하다

120억년 전, 우리 태양이 먼지 구름이 되기 훨씬 전에, 존재해서는 안 되는 빛으로 타오르는 젊은 은하계가 있었습니다. 그 중심에는 표준 물리학을 거스르는 급격한 성장의 한가운데에 있는 초대질량 블랙홀인 ID830이 자리잡고 있습니다. 표준 이론에 따르면 가스를 너무 빨리 삼키기 때문에 자체 방사선으로 인해 해당 연료의 상당 부분이 밀려나게 됩니다. 하지만 퀘이사는 기존 모델에 딱 들어맞지 않는 방식으로 유난히 밝습니다.

ID830이라고 불리는 이 물체는 적색편이 3.4351에 놓여 있습니다. 즉, 그 빛은 우주의 나이가 약 19억 년에 불과하고 천문학자들이 블랙홀이 그렇게 빨리 성장해서는 안 된다고 생각하던 시대에서 나온 것입니다.

와세다 대학과 도호쿠 대학의 연구진이 이끄는 팀이 천체물리학 저널에서 발견과 분석을 보고했습니다. .

'속도 제한' 깨기

블랙홀은 가스를 끌어당겨 성장합니다. 가스가 안쪽으로 나선을 그리며 가열되고 빛나면서 전체 은하계를 밝게 비출 수 있는 밝은 원반을 형성합니다. 그러나 이러한 열광적인 먹이주기에는 한계가 있다고 가정됩니다. 강착 블랙홀이 충분히 밝아지면 그 빛은 들어오는 가스에 외부 압력을 가하여 에딩턴 한계라고 알려진 이론적 한계를 설정합니다.

ID830은 해당 캡을 무시하는 것으로 보입니다. 팀은 스바루 망원경의 MOIRCS 장비의 스펙트럼을 사용하여 Mg II 방출선 너비로부터 블랙홀의 질량을 추정했습니다. 이는 태양 질량의 약 4억 4천만 배입니다.

그런 다음 그들은 그 질량을 퀘이사가 방출하는 힘과 비교했습니다. X선 측정을 통해 그들은 겉보기 성장률이 이론적 한계보다 약 13배 더 높다고 추론했습니다.

한 번에 두 가지 규칙

다른 놀라움도 있습니다. 많은 이론에서는 블랙홀이 정상 한계를 훨씬 넘어설 때 내부 영역이 부풀어 오르고 격동하게 된다고 예측합니다. 그 혼란은 블랙홀에 가장 가까운 지역에서 나오는 X선을 차단해야 하며 강력한 제트가 지배해서는 안 됩니다.

ID830은 이러한 기대에 부응합니다.

퀘이사는 과학자들이 일반적으로 그렇게 극단적인 속도로 성장하는 블랙홀에서 보는 것보다 훨씬 더 밝은 매우 강한 X선을 쏟아내고 있습니다. 동시에 전파 관측을 통해 작고 강력한 소스가 발견되었는데, 이는 활성 제트가 상대론적 속도로 외부로 폭발할 가능성이 있다는 분명한 신호입니다.

연구자들은 더 간단한 설명을 고려했습니다. 일부 퀘이사에서는 X선 빛의 일부가 블랙홀 근처의 뜨거운 지역뿐만 아니라 제트 자체에서도 나올 수 있습니다. 이러한 효과로 인해 X선에서 시스템이 실제보다 더 밝게 보일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 ID830이 이렇게 빠르게 성장하고 있다고 생각되는 다른 블랙홀에 비해 비정상적으로 X선 밝기를 유지한다는 사실을 발견했습니다.

과학자들은 ID830이 짧은 전환 단계를 통과하고 있다고 제안합니다. 갑작스러운 가스의 돌진은 블랙홀을 단기간의 급속한 성장으로 몰아넣었을 수 있으며, X선 생성 영역과 제트는 시스템이 안정될 시간을 갖기 전에 활성 상태를 유지했습니다. 그 사진이 맞다면 ID830은 변화 중간에 젊은 블랙홀의 보기 드문 스냅샷을 제공합니다.

이번 연구의 주 저자인 와세다 대학 오부치 사키코(Sakiko Obuchi)는 “이번 발견으로 우리는 초기 우주에서 초대질량 블랙홀이 어떻게 그렇게 빨리 형성되었는지 더 잘 이해할 수 있게 될 것입니다.”라고 말했습니다. “우리는 비정상적으로 강한 엑스레이와 전파 방출의 동력이 무엇인지, 조사 데이터에 유사한 물체가 숨겨져 있는지 조사하고 싶습니다.”