우주 이야기 265 - 작지만 큰 블랙홀을 가진 은하

 은하의 중심에는 태양에 수백만배에서 수십억배의 질량을 지닌 초대형 블랙홀이 존재합니다. 이런 거대 질량 블랙홀 (SMBH  SuperMassive BlackHole) 을 만드는 질량은 결국 은하에서 나오는 만큼 큰 은하가 더 거대한 중심 블랙홀을 지니고 있을 것이라는 추정이 가능합니다. 하지만 실제로는 여러가지 다른 요소들이 여기에 관여하는 것으로 보이는게 반드시 작은 은하라고 작은 블랙홀을 가지고 있지는 않기 때문입니다. 뜻밖에도 작은 은하가 SMBH 을 가지고 있는 경우도 발견할 수 있습니다.  

 최근 아닐 세스 (Anil Seth) 를 비롯한 연구자들로 구성된 국제 천문학자팀이 작은 왜소 은하 (Dwarf galaxy) 에서 놀라울 만큼 큰 거대 블랙홀을 발견하는데 성공했다고 합니다. 그 주인공은  M60-UCD1 라는 작은 왜소은하로 작은 크기에 걸맞지 않을 만큼 거대한 질량의 중심 블랙홀을 가지고 있습니다. 중심 블랙홀의 질량은 무려 태양 질량의 2100 만배로 이 은하가 태양 질량의 1억 4000 만배 정도의 질량을 가진 점을 생각하면 중심의 한 점에 질량의 15% 정도가 몰려있는 셈입니다.  

( M60-UCD1 의 허블 우주 망원경 이미지 This Hubble Space telescope image shows the gargantuan galaxy M60 in the center, and the ultracompact dwarf galaxy M60-UCD1 below it and to the right, and also enlarged as an inset. A new international study led by University of Utah astronomer Anil Seth and published in the journal Nature found that M60-UCD1 is the smallest known galaxy with a supermassive black hole at its center, suggesting the dwarf galaxy originally was much larger but was stripped of its outer layers by gravity from galaxy M60 over billions of years. M60's gravity also is pulling galaxy NGC4647, upper right, and the two eventually will collide. Credit: NASA/Space Telescope Science Institute/European Space Agency. )  

 비교를 위해 우리 은하의 예를 들면 우리 은하 중심부에는 태양 질량의 400 만배에 달하는 거대 질량 블랙홀을 존재합니다. 이것 역시 막대한 질량이지만 은하 전체 질량에 비하면 0.01% 조차 안되는 미미한 수준입니다. 10 만 광년을 넘어서는 은하의 거대한 크기를 생각하면 은하 중심 블랙홀이 아무리 큰 중력을 지니고 있다고 해도 은하계 전체의 질량중 극히 일부 만을 가지고 있는 게 정상이겠죠. 따라서 M60-UCD1 의 은하 중심 블랙홀은 매우 흥미로운 발견임에 분명합니다. 이 은하는 사실 지금까지 거대 질량 블랙홀이 발견된 은하 중 가장 작습니다.  

 연구의 리더인 세스는 우리 은하와 비교해서 이 은하가 500 분의 1 정도 크기 밖에 되지 않고, 질량은 1000 분의 1 수준에 불과한 점을 감안할 때 이는 매우 놀라운 일이라고 언급했습니다. 이 은하 중심 블랙홀은 우리 은하에 있는 것보다 5 배나 거대하기 때문이죠.  

 이 독특한 현상을 설명할 가설은 아마도 이 은하가 과거에는 꽤 큰 은하였는데 다른 은하에게 대부분의 별과 암흑 물질을 빼앗겼다는 것입니다. 두개의 은하가 충돌해서 하나의 거대 은하가 탄생했는데 은하핵 가운데 하나가 밖으로 튕겨나오면서 질량의 대부분을 빼앗겼다면 이와 같은 관측 결과를 설명하는데 무리가 없을 것입니다. M60-UCD1 은 거대 은하인 M60 의 위성은하로 과거에 은하 충돌의 잔재물로 생각되고 있습니다.  

 먼 미래에는 우리 역시 우리은하보다 큰 안드로메다 은하와 충돌해서 하나의 거대 은하가 될 가능성이 높습니다. 과연 밀려나는 쪽이 어느 쪽일지 궁금한데 (물론 안드로메다 중심 블랙홀이 훨씬 더 큽니다) 혹시 우리 은하 중심 블랙홀의 미래가 이런 것은 아닐지 모르겠습니다. 하나로 합쳐져 더 큰 블랙홀이 될지 아니면 하나는 왕좌에서 밀려나게 될지 미래는 아직 모르는 것이죠.  

 이 연구는 네이처에 실렸습니다.  

 참고  

A supermassive black hole in an ultra-compact dwarf galaxy, Nature, 2014: dx.doi.org/10.1038/nature13762

http://phys.org/news/2014-09-smallest-galaxy-supermassive-black-hole.html