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우주 이야기 1484 - 300개의 중간 질량 블랙홀을 찾아낸 DESI



 (This artist's illustration depicts a dwarf galaxy that hosts an active galactic nucleus — an actively feeding black hole. In the background are many other dwarf galaxies hosting active black holes, as well as a variety of other types of galaxies hosting intermediate-mass black holes. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani)

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(This mosaic shows a series of images featuring candidate dwarf galaxies hosting an active galactic nucleus, captured with the Subaru Telescope's Hyper Suprime-Cam. Credit: Legacy Surveys/D. Lang (Perimeter Institute)/NAOJ/HSC Collaboration/D. de Martin (NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab))

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(This mosaic shows a series of images featuring intermediate-mass black hole candidates, arranged in increasing order of stellar mass, captured with the Subaru Telescope's Hyper Suprime-Cam. Credit: Legacy Surveys/D. Lang (Perimeter Institute)/NAOJ/HSC Collaboration/D. de Martin (NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab))

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(This scatter plot shows the number of candidate dwarf galaxies hosting active galactic nuclei (AGN) from previous surveys as compared with the number of new dwarf galaxy AGN candidates discovered by the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). This plot is adapted from Figure 5 in the paper titled "Tripling the Census of Dwarf AGN Candidates Using DESI Early Data," appearing in The Astrophysical Journal. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/R. Pucha/J. Pollard)

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DESI (암흑에너지 분광장비, Dark Energy Spectroscopic Instrument)는 4m 구경 망원경에 연결된 5000개의 작은 로봇이 빠른 속도로 분광 데이터를 측정하는 장치로 한 번에 5000개씩 은하와 퀘이사를 관측할 수 있습니다. 따라서 과거의 장비와는 비교할 수 없이 빠른 속도로 은하와 퀘이사, 블랙홀의 존재와 분포를 확인할 수 있습니다. DESI는 작년에 첫 1년 간 관측 데이터를 공개했고 앞으로 순차적으로 데이터를 계속 공개할 예정입니다. 공개된 데이터는 과학자들에게 배포되어 자유롭게 활용할 수 있습니다.

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(Mapping the Universe | Dark Energy Spectroscopic Instrument)

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/223407417184

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DESI는 임무 기간 중 4천만 개의 은하와 퀘이사를 포착하는 것을 목표로 하고 있습니다. 하지만 그중 20%에 해당하는 데이터만으로도 상당한 과학적 성과가 나오고 있습니다. 유타 대학의 박사 후 연구자인 라가디피카 푸챠 (University of Utah postdoctoral researcher Ragadeepika Pucha)와 동료들은 DESI 데이터 가운데 41만 개의 은하와 11.5만 개의 왜소은하를 분석해 블랙홀 분포를 조사했습니다.

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블랙홀 자체는 아무 빛도 방출하지 않지만, 블랙홀로 떨어지는 물체가 모인 강착 원반과 여기에 수직으로 물질을 뿜어 내는 제트는 우주에서 가장 밝은 물체인 퀘이사의 정체이기도 합니다. 왜소은하는 상대적으로 작은 크기의 블랙홀을 지니고 있으며 뿜어내는 물질도 적지만, 이번 연구에서 과학자들은 많은 물질을 뿜어내며 밝게 빛나는 은하 중심 블랙홀인 활동성 은하핵 (active galactic nucleus (AGN))을 2500개나 발견했습니다. 이는 전체의 2% 정도로 활동성 은하를 지닌 왜소은하가 0.5% 정도일 것으로 추정했던 이전 연구 결과를 뒤집는 성과입니다.

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또 다른 놀라운 사실은 중간 질량 블랙홀을 300개나 발견했다는 것입니다. 블랙홀은 초신성 폭발 후 형성되는 항성 질량 블랙홀과 은하 중심에 있는 거대 질량 블랙홀로 나눌 수 있습니다. 전자의 질량은 태양 질량의 100배 이하이고 후자는 100만 배 이상입니다. 하지만 그 사이에 있는 중간 질량 블랙홀도 드물지만 존재합니다. 지금까지 발견한 중간 질량 블랙홀은 100-150개 정도에 불과했기 때문에 이번에 찾은 중간 질량 블랙홀 후보들이 실제로 중간 질량 블랙홀일 경우 생각보다 많은 중간 질량 블랙홀이 존재하는 것으로 생각할 수 있습니다.

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한 가지 더 놀라운 부분은 중간 질량 블랙홀이 왜소은해 중심 블랙홀에 많을 것이라는 추정과 달리 70개 정도만 왜소은하의 활동성 은하핵과 연관되었다는 사실입니다. 뒤집어 말하면 왜소은하 중심 블랙홀도 대부분 거대 질량 블랙홀이라고 할 수 있습니다. 왜소은하의 블랙홀이 작지 않은 이유에 대해서는 아직 모르지만, 앞으로 밝혀야할 흥미로운 주제임에 분명합니다.

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DESI 연구는 이제 시작입니다. 앞으로 얼마나 더 놀라운 사실이 밝혀지게 될지 궁금합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-02-desi-uncovers-intermediate-mass-black.html

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Ragadeepika Pucha et al, Tripling the Census of Dwarf AGN Candidates Using DESI Early Data, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adb1dd

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