(Credit: X-ray: NASA/CXC/Penn. State/G. Yang et al & NASA/CXC/ICE/M. Mezcua et al.; Optical: NASA/STScI; Illustration: NASA/CXC/A. Jubett)
은하 중심부에 있는 거대 질량 블랙홀은 단지 먼 장소에 있는 블랙홀이 아니라 은하 전체의 진화에 큰 영향을 미치는 천체입니다. 특히 강력한 중력으로 물질을 흡수하거나 제트로 분출하면서 물질 분포를 바꾸는 것으로 알려져 있습니다. 최근 두 과학자팀이 찬드라 X선 위성 관측 결과를 이용해서 새로운 별이 생성되는 속도보다 블랙홀의 성장 속도가 더 빠른 은하를 찾아냈습니다. 이런 은하들은 사실 시간이 지나면 별이 오히려 감소하는 현상이 발생합니다.
펜실베니아 주립대 연구팀은 멀리 떨어진 은하를 관측해 사실 은하가 커질 수록 그럴 가능성이 크다는 사실을 발견했습니다. 예를 들어 은하 질량이 태양질량의 100억배인 경우보다 1000억배인 경우 블랙홀의 성장 속도가 10배 빠르다는 것입니다. 이는 큰 은하일수록 중심부에 몰린 질량이 많아서 일 가능성이 클 것입니다. 하지만 질량이 10배 크다고 별이 생성되는 속도도 10배 큰 게 아닌 경우에는 결국 별이 줄어들 게 될 것입니다.
블랙홀의 성장 속도를 알아내기 위해 연구팀은 찬드라 X선 관측 데이터를 활용했습니다. 블랙홀로 흡수되는 섭씨 수백만도 이상의 뜨거운 물질이 내는 X선을 관측하는 것입니다. 위의 사진은 Chandra Deep Field-South 의 사진과 허블 우주 망원경 등 다른 망원경 이미지를 합성한 것으로 이를 통해 정확한 분포 및 성장 속도를 추정할 수 있습니다.
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한편 스페인의 과학자팀도 35억 광년 이내에 있는 72개의 은하와 블랙홀을 관측해서 비슷한 결론을 얻어냈습니다. 하지만 이렇게 빠른 속도로 성장하는 블랙홀이라고 해도 어느 선에 이르면 주변에 있는 물질을 상당수 흡수해 성장이 정체되고 비활동성 블랙홀이 될 것입니다. 상식적으로 생각해도 은하의 모든 별이 블랙홀로 흡수되지는 않을 테니까요.
아마도 이런 은하는 초기 우주에 흔했던 것으로 보이며 우리 은하 역시 마찬가지 과정을 겪었을지 모릅니다. 어쩌면 우리 은하 중심 블랙홀에도 이런 격렬했던 과거가 있었을지 모른다는 이야기죠.
참고
Two papers describing these results have been accepted in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). The work by Mezcua et al. was published in the February 2018 issue MNRAS (available online: arxiv.org/abs/1710.10268 ). The paper by Yang et al. will appear in its April 2018 issue (available online: arxiv.org/abs/1710.09399 ).
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