초기 우주는 작은 은하, 작은 블랙홀, 꾸준한 성장이라는 대본을 따라야 했습니다. 하지만 우주가 흔히 그렇듯, 우리에게 변화구를 던집니다. 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 은하 GN-1001830에서 빅뱅 이후 불과 8억 년 만에 만들어진 거대한 블랙홀을 발견했습니다.
블랙홀 자체의 질량은 우리 태양의 거의 4억 배에 달합니다. 여기에 또 다른 반전이 있습니다. 이 블랙홀은 현재 사실상 아무것도 하고 있지 않습니다. 블랙홀은 지저분한 먹는 사람으로 추정되며, 가스를 찢고 우주의 신호기처럼 빛납니다. 하지만 이곳은 조용하고 조용해서 천문학자들이 머리를 긁적입니다.
대부분의 블랙홀은 이 예술가의 인상에서 볼 수 있듯이 뜨겁고 소용돌이치는 물질의 강착 원반으로 둘러싸여 있습니다. 그러나 새로 발견된 블랙홀은 천문학자들이 블랙홀에 대해 생각하는 방식을 바꿀 수 있습니다. (제공:위키미디어 커먼즈) JWST Advanced Deep Extragalactic Survey(JADES)의 일부로 이루어진 이 발견은 블랙홀이 어떻게 형성되고 성장하는지에 대한 현재의 아이디어에 도전합니다. 모은하에 비해 이 블랙홀의 질량은 거의 40%로 놀라울 정도로 높습니다. 이에 비해 은하수 중심에 있는 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*는 은하 질량의 0.1% 미만을 차지합니다. 게다가 블랙홀이 왜 지저분한 식사를 '멈췄는지'는 확실하지 않습니다.
블랙홀은 일반적으로 가장자리 주변에서 소용돌이치는 가스와 먼지가 방출하는 찬란한 빛을 통해 자신을 드러내며, 때로는 모은하의 모든 별보다 더 빛납니다. 하지만 이 특별한 거인은 먹이에 대한 광란을 지나 지금은 쉬고 있는 것 같습니다. 그 특이한 고요함 덕분에 연구자들은 블랙홀이 여전히 방사선으로 타오르고 있을 때보다 더 자세하게 우리가 근처에서 볼 수 있는 은하보다 훨씬 작은 모은하를 연구할 수 있었습니다.
Nature에 발표된 이번 연구를 이끈 케임브리지 대학 카블리 우주론 연구소의 이그나스 유오즈발리스(Ignas Juodžbalis)는 "이 블랙홀은 휴면 상태이지만 그 크기가 어마어마해서 우리가 탐지할 수 있었다"고 말했습니다. . "휴면 상태 덕분에 우리는 모은하의 질량에 대해서도 배울 수 있었습니다. 초기 우주는 상대적으로 작은 은하계에서도 절대적인 괴물을 만들어냈습니다."
블랙홀의 부피 증가
블랙홀은 일반적으로 질량을 모으는 데 오랜 시간이 걸립니다. 그들은 작게 시작하여 꾸준히 가스와 먼지를 먹습니다. 수백만 년, 수십억 년이 지나면서 그들은 더 커지고 밝게 빛납니다.
그러나 새로 발견된 블랙홀은 이러한 틀을 깨뜨렸습니다. 너무 크고 초기여서 더 극적인 일이 일어났음을 시사합니다. 천천히 우적우적 먹는 대신, 짧고 강렬한 폭발로 엄청난 양의 가스를 게걸스레 먹어치운 다음 주변에 남아 있는 물질의 대부분을 배출했을 수도 있습니다.
캠브리지 카블리 연구소(Kavli Institute) 및 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)의 로베르토 마이올리노(Roberto Maiolino)는 “블랙홀이 '크게 태어났다'는 것은 웹이 초기 우주에서 거대한 블랙홀을 발견한 이유를 설명할 수 있다”고 말했습니다. "그러나 또 다른 가능성은 과잉 활동 기간을 거친 후 장기간의 휴면 상태를 겪는다는 것입니다."
이 패턴(긴 낮잠과 짧은 잔치)은 이 블랙홀이 얼마나 빨리 뭉개졌는지를 설명할 수 있습니다. 연구팀이 운영하는 컴퓨터 모델에 따르면 블랙홀은 짧은 "슈퍼 에딩턴" 성장 단계를 거쳤을 수 있습니다. 이 단계에서는 이전에 가능하다고 생각했던 것보다 더 빠르게 가스를 흡입하여 불과 몇 백만 년에 걸쳐 질량이 부풀어 올랐을 것입니다. 그 후에는 거의 아무것도 하지 않고 흐릿하고 눈에 띄지 않게 보이는 데 수억 년이 넘게 걸릴 수 있습니다.
지금은 너무 조용하기 때문에 이 블랙홀은 탐지하기 어려웠습니다. 천문학자들은 JWST의 감도와 구멍의 존재를 밝혀주는 빛나는 가스의 미묘한 신호 덕분에 이를 포착할 수 있었습니다. 그러한 "졸린 거인"을 발견한다는 것은 보이지 않는 수많은 다른 거인들이 숨어 있을 수 있음을 암시합니다. 이러한 휴면 블랙홀은 희귀한 호기심이 아니라 흔할 수 있으며, 초기 조사에서는 희미함으로 인해 누락되었을 수도 있습니다.
Maiolino는 "이런 것을 발견했다는 사실에 놀랐습니다. 하지만 우리가 찾을 수 있는 것이 훨씬 더 많다는 생각에 신이 납니다."라고 말했습니다.
이 발견으로 인해 과학자들은 은하계와 중심 블랙홀이 어떻게 함께 성장하는지에 대한 오랜 가정을 재검토하게 되었습니다. 많은 초기 블랙홀이 빠르게 괴물 같은 크기로 뛰어올랐다면 은하계가 어떻게 별을 형성하고, 물질을 모으고, 진화했는지 이해하는 데 중요한 의미가 있을 것입니다. 또한 수십억 년 후에 일부 은하계가 다른 은하계와 매우 다르게 보이는 이유를 설명할 수도 있습니다.
