모든 거대괴수를 왜소하게 만드는 거대괴수입니다. 빠르게 성장하는 블랙홀인 퀘이사는 크기가 믿을 수 없을 정도로 빠르게 성장하여 매일 태양 하나만큼의 질량을 축적하는 것으로 밝혀졌습니다. 절대 최대 성장 한계에 가깝습니다.
이 단일 물체는 500조 개의 태양만큼 밝으며, 우리 은하계 전체보다 20,000배 더 밝습니다. “우리는 이 퀘이사가 우리가 알고 있는 우주에서 가장 폭력적인 장소라고 가정해야 합니다.”라고 수석 저자는 말합니다.
퀘이사의 예술적인 묘사. 이미지 출처:ANU/크리스티 로버츠. 최대 성장률
퀘이사는 본질적으로 빠르게 성장하는 블랙홀입니다. 블랙홀은 빛조차도 빠져나올 수 없기 때문에 눈에 보이지 않는 것으로 유명합니다. 그것들은 팽창할 때만(그리고 중력 효과를 통해서) 우리 눈에 보입니다. 하지만 퀘이사형 블랙홀은 눈에 보입니다.
퀘이사는 중심에 있는 초대질량 블랙홀에 가스와 먼지가 부착되면서 막대한 양의 에너지를 방출합니다. 물질이 블랙홀로 나선형으로 들어가면서 강착 원반을 형성하고 중력과 마찰력으로 인해 극도로 높은 온도까지 가열되어 빛, 엑스레이 및 기타 전자기 방사선의 형태로 막대한 에너지를 방출합니다. 이 과정은 믿을 수 없을 정도로 효율적이어서 퀘이사는 우주에서 가장 밝은 물체가 됩니다.
"그들이 거기 앉아 있으면 어둠 속에 앉아 빛을 발산하거나 반사하지 않습니다. 그러나 블랙홀이 먹을 때 그들의 먹이인 물질은 먼저 강착 원반이라고 불리는 것으로 끌려들어갑니다. 이는 물질이 삼켜질 때까지 블랙홀을 더욱 가까이 맴돌게 하는 유지 패턴입니다. 빠르게 성장하는 블랙홀이 전체 은하계보다 더 밝게 빛나게 하는 과정에서 많은 열이 발생합니다"라고 호주 국립 대학의 수석 저자인 크리스찬 울프(Christian Wolf)는 말합니다.
퀘이사는 오랫동안 과학자들을 매료시켜 왔습니다. 그들은 주변 물질을 탐욕스럽게 먹고 엄청난 양의 빛과 에너지를 방출하여 수십억 광년에 걸쳐 퀘이사를 볼 수 있게 만듭니다. 실제로 이 특별한 퀘이사(J0529-4351)는 120억년을 여행하여 우리에게 도달하는 빛을 방출했습니다.
“그러나 우주가 지속적으로 팽창하고 이제 빛이 여행하는 동안보다 더 커지면서 블랙홀은 이제 120억 광년보다 더 멀리 떨어져 있어 대략 240억 광년에 가깝습니다.”라고 울프는 말합니다.
하지만 이 탐욕스러운 우주 먹이들 중에서도 J0529-4351은 눈에 띕니다. 본질적으로 절대적인 최대 물리적 한계만큼 성장합니다. 그 이상만 하면 퀘이사는 "식욕에 질식"할 것이라고 울프는 말합니다. 에딩턴 한계라고 불리는 이 한계는 사실상 성장 속도 제한 또는 블랙홀이 "원한다면 딸꾹질 없이 시간당 걸릴 수 있는 양"이라고 연구원은 덧붙입니다.
거대하고 오래되었지만 발견하기 쉽지 않음
먼 퀘이사 주변의 밝은 후광(이 연구에서 나온 것이 아님). 이 발견은 ESO의 초거대 망원경(Very Large Telescope)에 있는 MUSE 장비를 사용하여 이루어졌습니다. 이미지 출처:ESO. 이 특별한 퀘이사는 천문학의 경이로움입니다. 주변의 모든 것을 중력적으로 끌어당겨 엄청난 양의 질량을 축적했을 뿐만 아니라, 상상할 수 없을 만큼 커질 정도로 오랫동안 이런 일을 해왔다는 것이다. 그것은 알려진 우주에서 단연 가장 빛나는 물체이지만 그것을 찾는 것은 그리 쉽지 않았습니다.
"망원경으로 촬영한 하늘 사진에서 퀘이사는 별처럼 보입니다. 최초의 퀘이사는 임의의 파란색 별과 일치하는 것처럼 보이는 강력한 전파원이었기 때문에 61년 전에 발견되었습니다. 그러나 별의 수는 퀘이사보다 훨씬 많습니다. 따라서 두 유형을 구별하고 별 건초 더미에서 퀘이사 바늘을 드러내는 정보가 필요합니다."라고 울프는 말합니다.
하지만 최근에는 유럽 우주국의 Gaia(우리 주변의 모든 별의 움직임을 측정) 또는 NASA의 Widefield Infrared Survey Explorer(WISE)와 같은 임무에서 훨씬 더 좋은 데이터가 들어오고 있습니다. 적외선에서 별의 색은 퀘이사의 색과 다른 경향이 있다고 울프는 말합니다. 왜냐하면 별은 단일 온도 표면을 갖고 있는 반면 퀘이사의 빛나는 부분은 온도가 혼합되어 색이 변하기 때문입니다. 그다지 명확하지는 않지만 천문학자들에게 계속해서 진행할 내용을 제공합니다.
우리는 또한 이 물체가 정확히 얼마나 큰지 알지 못합니다. Wolf는 추정한다고 말합니다. 태양 질량은 170억 개이지만 이는 폭넓은 추정치입니다.
"솔직히 전체 불확실성은 누구에게 물어보고 그들이 무엇을 가능하다고 생각하는지에 따라 기술적으로 50억에서 500억까지 다양합니다." 새로운 장비가 등장하고 범위가 점점 더 좁아지겠지만 전체 질량을 추정하는 작업은 아직 진행 중입니다.
먹방 열풍은 끝났습니다
하지만 이 거대 괴물에 대해 걱정할 필요는 없습니다. 매우 멀리 떨어져 있을 뿐만 아니라, 먹이를 찾아다니는 광란도 이미 끝났다고 Wolf는 말합니다. 지금 우리가 실제로 보고 있는 것은 수십억 년 전 우주 초기의 퀘이사가 어떤 모습이었는지입니다.
"은하의 가스는 대부분 별로 변했고, 수십억 년 후에 별들은 서로 질서 있는 패턴으로 서로를 형성했기 때문에 광란의 공급 시대는 끝났습니다. 그들은 대부분 은하 중심에 잠자고 있는 블랙홀 주위의 깔끔한 궤도에 있습니다. 별이 갑자기 구멍을 향해 뛰어내리더라도 대부분은 단순한 새총 기동을 수행하고 다시 다른 방향으로 탈출할 것입니다."라고 연구원은 ZME Science에 말했습니다.
"우리의 우주 탐사선은 단순한 연료만으로 태양계의 목적지에 도달할 수 없는 경우 목성과 함께 새총 기동을 사용합니다. 하지만 두 번째 우주 탐사선이 잘못된 순간에 거울 기동으로 반대 방향으로 온 불운을 상상해 보십시오. 두 우주 탐사선은 목성의 대기에 돌처럼 떨어지기 전에 잠시 멈춰 있던 잔해 구름에 충돌할 것입니다. 이러한 충돌은 젊은 우주의 무질서에서 흔한 일이었고 블랙홀은 우주의 초기 수혜자였습니다. 혼돈이다.”
이 거대한 블랙홀도 발견하기가 매우 어렵습니다. 울프 팀은 이 거대 괴물을 찾기 위해 거의 하늘 전체를 샅샅이 뒤졌습니다.
여기는 지옥이다
이 모든 것은 질문을 제기합니다. 이런 장소는 실제로 어떤 모습일까요?
Wolf가 설명했듯이 지옥 꽤 좋은 비유입니다.
"지옥은 매우 불편한 곳, 뜨겁고 인간의 신체 형태에 적대적인 곳으로 상상되어 왔습니다. 전천후 천문학 조사 덕분에 우리는 이제 우주에서 아마도 가장 지옥 같은 곳을 발견했습니다."라고 Wolf는 ZME Science에 말했습니다.
분명히 말씀드리자면, 그 장소에 대한 명확한 이미지가 없습니다. 퀘이사는 망원경에 점으로 나타납니다. 하지만 그렇다고 연구자들이 전혀 모른다는 의미는 아닙니다.
강착원반(블랙홀 주위를 공전하는 흐릿한 잔해)의 크기는 무려 7광년입니다. 이는 우리 태양계에서 가장 가까운 알파 센타우리까지의 거리의 1.5배입니다. 이것은 블랙홀 주위를 조용히 공전하는 평화로운 잔해도 아닙니다. 폭풍의 눈에 파괴적인 블랙홀이 있는 격동적인 허리케인입니다.
이 원반의 바깥 가장자리에 흐르는 전류는 초당 수만 마일에 달합니다. . 아, 그리고 모든 것이 수만도에 달하는 매우 뜨거울 것입니다. 하지만 훨씬 더 좋아졌습니다. 이곳에는 거의 확실히 강한 자기장이 있고 번개가 곳곳에서 방출되어 훨씬 더 많은 열이 발생합니다.
진심으로, 우주에서 이보다 더 지옥 같은 곳을 찾는 것은 어려울 것입니다.
"나는 그것을 우주 어디에서나 발견한 지옥으로 가는 가장 큰 문이라고 묘사하는 경향이 있습니다. 만약 당신이 직접 강착 원반에 떨어지면 공기에 튀기고 번개에 맞는 것 외에는 당신이 돌아올 수 없는 블랙홀에 들어갈 가능성이 가장 높기 때문입니다."
그러나 단순히 이 물체가 얼마나 극단적인지(그 자체로 놀랍습니다) 놀라는 것 외에도 연구자들은 곧 퀘이사를 사용하여 우주가 어떻게 팽창하고 있는지 이해할 수 있게 될 것입니다. 항상 똑같이 확장되나요? 이 비율은 변합니까? 그렇다면 어떻게 변합니까? 이것은 중요한 질문이며, 우주론의 큰 과제 중 하나는 "우주의 팽창 역사"를 지도화하는 것입니다.
앞으로 몇 년 내에 출시될 망원경은 적색편이(우주에 있는 물체의 빛이 이동하면서 더 길고 더 붉은 파장으로 늘어나는 현상)를 전례 없이 자세하게 측정할 수 있게 될 것입니다. 이러한 지식을 바탕으로 보편적 확장율이 어떻게 변화하는지 분석할 수도 있습니다.
결국, 이 지옥 같은 장소는 꽤 유용할 수도 있습니다. 우리는 그곳에 어떤 탐험가도 보내고 싶지 않을 뿐입니다. 적.
이 연구는 Nature Astronomy에 게재되었습니다. .
