(은하 WISE J224607.57-052635.0의 개념도. 출처: 나사 This artist's concept depicts the current record holder for the most luminous galaxy in the universe. The galaxy, named WISE J224607.57-052635.0, is erupting with light equal to more than 300 trillion suns. It was discovered by NASA's Wide-Field Infrared Survey Explorer, or WISE. The galaxy is smaller than the Milky Way, yet puts out 10,000 times more energy. Scientists think that a supermassive black hole at the center of this dusty galaxy is busily consuming gaseous material in a colossal growth spurt. As the gas is dragged toward the black hole, it heats up and blasts out visible, ultraviolet and X-ray light. The dust swaddling the galaxy absorbs this light and heats up, radiating longer-wavelength, infrared light. The dust also blocks our view of shorter, visible-light wavelengths, while letting longer-wavelengths through. This is similar to what happens when sunlight streams through our dusty atmosphere, producing a brilliant red sunrise. In fact, more than 99 percent of the light escaping from this dusty galaxy is infrared. As a result, it is much harder to see with optical telescopes. Because light from the galaxy hosting the black hole has traveled 12.5 billion years to reach us, astronomers are seeing the object as it was in the distant past. During this epoch, galaxies would have been more than five times closer together than they are now, as illustrated in the background of the artist's concept. This is due to the expansion of space -- space itself and the galaxies in it are stretching apart from each other at ever-increasing speeds. Credit: NASA )
우리 은하계는 수천억 개의 별이 모인 거대한 집단입니다. 비록 우리 은하가 대형 은하에 속하기는 하지만, 사실 우리 은하 같은 은하계는 우주에 무수히 많이 존재하죠. 그리고 우리 은하보다도 더 거대한 초대형 은하 역시 셀 수 없을 만큼 많습니다. 밝기를 기준으로 따져도 우리 은하보다 훨씬 밝은 은하는 드물지 않습니다. 과연 그 중에 가장 밝은 것은 어느 것일까요?
최근 나사의 WISE(Wide-field Infrared Survey Explorer)탐사 위성이 발견한 은하 WISE J224607.57-052635.0는 이전의 모든 기록을 뛰어넘어 인간이 관측한 가장 밝은 은하로 등극했습니다. ELIRG(extremely luminous infrared galaxies)로 분류되는 이 은하는 그 밝기가 태양의 300조 배가 넘습니다. 아이러니하게도 이 엄청난 밝기의 비결은 모든 것을 흡수하는 거대한 블랙홀 덕분입니다.
WISE J224607.57-052635.0의 중심부에는 다른 은하의 중심부처럼 거대 질량 블랙홀이 있습니다. 이 블랙홀의 중력에 이끌려 온 가스와 먼지들은 주변에 거대한 원반 모양의 물질의 흐름인 강착 원반을 만들며 나선 모양으로 블랙홀로 끌려갑니다. 그러나 블랙홀로 모든 물질이 들어가기에는 입구가 너무 작습니다. 사실 막대한 물질들이 강착원반의 수직 방향인 제트(jet)의 형태로 뿜어져 나오면서 블랙홀은 이름과는 달리 역설적으로 밝게 빛나게 됩니다. 따라서 우주에서 가장 밝은 천체가 되는 아이러니한 일이 생기는 것이죠.
다만 그 엄청난 밝기에도 불구하고 우리는 육안으로는 절대 이 은하를 볼 수 없습니다. 거리가 125억 광년에 달하기 때문입니다. 대신 이 거리 덕분에 과학자들은 우주의 초기 모습을 들여다볼 수 있습니다. 빛이 달려온 거리가 125억 년이라는 의미는 우리가 125억 년 전의 은하에서 온 빛을 보고 있다는 의미이기 때문이죠. 우주 초기에는 이렇게 활동적인 은하들이 다수 존재했던 것 같습니다.
하지만 WISE J224607.57-052635.0의 밝기는 그런 시기적인 부분을 고려해도 엄청난 밝기를 가진 것이 사실입니다. 따라서 이를 연구한 과학자들도 어떻게 이렇게 밝은 블랙홀이 존재할 수 있는지 의문을 가지고 있습니다
이에 대해서 나사 제트 추진 연구소의 피터 에이센하트(Peter Eisenhardt, project scientist for WISE at JPL)는 가장 간단한 설명을 제안했습니다. 그냥 은하와 블랙홀이 커서 밝다는 게 그의 설명입니다. 물론 이 단순한 설명은 왜 이렇게 거대한 블랙홀이 우주 초기에 존재하느냐는 다른 의문을 낳습니다.
이 연구의 다른 저자들은 그 외에도 이 블랙홀이 흡수할 수 있는 물질의 이론적 한계인 에딩턴 한계(Eddington limit)를 뛰어넘는 블랙홀이거나 혹은 생각보다 느리게 자전하는 블랙홀로 더 빠르게 물질을 흡수할 수 있다는 설명도 같이 내놓았습니다.
가능한 가설 가운데 어떤 것이 옳은지는 현재 판단하기 어렵지만, WISE J224607.57-052635.0의 존재는 과학자들에게 여러 가지 질문을 던지고 있습니다. 미래에 더 강력한 망원경 - 예를 들어 제임스 웹 우주 망원경 - 이 등장한다면 이렇게 극단적인 밝기를 가진 블랙홀의 비밀도 풀리는 날이 오게 될 것으로 기대합니다.
이 연구는 The Astrophysical Journal에 실렸습니다.
참고
Journal Reference:
- Chao-Wei Tsai, Peter Eisenhardt, Jingwen Wu, Daniel Stern, Roberto Assef, Andrew Blain, Carrie Bridge, Dominic Benford, Roc Cutri, Roger Griffith, Thomas Jarrett, Carol Lonsdale, Frank Masci, Leonidas Moustakas, Sara Petty, Jack Sayers, S. Adam Stanford, Edward Wright, Lin Yan, David Leisawitz, Fengchuan Liu, Amy Mainzer, Ian McLean, Deborah Padgett, Michael Skrutskie, Christopher Gelino, Charles Beichman, Stéphanie Juneau. The Most Luminous Galaxies Discovered by WISE. The Astrophysical Journal, 2015 [link]
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