우주 이야기 1086 - 강력한 블랙홀에도 별 생성을 멈추지 않는 은하

 

(Illustration of the galaxy called CQ4479. The extremely active black hole at the galaxy’s center is consuming material so fast that the material is glowing as it spins into the black hole’s center, forming a luminous quasar. Quasars create intense energy that was thought to halt all star birth and drive a lethal blow to a galaxy’s growth. But SOFIA found that the galaxy CQ4479 is surviving these monstrous forces, holding on to enough cold gas, shown around the edges in brown, to birth about 100 Sun-sized stars a year, shown in blue. The discovery is causing scientists to re-think their theories of galactic evolution. Credit: NASA/ Daniel Rutter)

 블랙홀 가운데서 가장 큰 질량을 지닌 은하 중심 블랙홀은 우리가 일반적으로 생각하는 것과는 다른 방식으로 은하의 노화를 촉진합니다. 일단 중심에 거대 질량 블랙홀이 있다는 것 자체로 막대한 가스를 빨아들인다는 의미이기 때문에 은하의 별 생성을 막을 것 같지만, 그에 못지 않게 중요한 기전이 바로 강력한 에너지를 방출해서 은하 성간 가스의 온도를 올리는 것입니다. 이렇게 뜨거워진 성간 가스는 약한 중력과 자기장으로 뭉치기 힘들기 때문에 별로 진화하기 어렵습니다. 

 특히 강력한 활동성 은하핵인 퀘이사의 경우 이런 현상이 두드러지게 나타납니다. 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나인 퀘이사가 생성되었다는 것은 사실 해당 은하에서 새로운 별이 잘 생성되지 않는다는 뜻으로 아이러니하게 그 은하는 시간이 지나면서 늙은 별만 많은 노쇠한 은하가 되는 것입니다. 그러나 최근 캔자스 대학의 케빈 코크 (Kevin Cooke, postdoctoral researcher at the University of Kansas in Lawrence, Kansas)와 그 동료들은 예외적인 경우를 관측했습니다. 

 연구팀은 나사와 독일 우주국(DLR) 합작 항공 천문대인 소피아 (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA))를 이용해서 지구에서 52.5억 광년 떨어진 은하인 CQ4479를 관측했습니다. 이 은하는 퀘이사의 일종이라고 할 수 있는데, 독특하게도 차가운 퀘이사 (cold quasar)로 분류할 수 있는 종류였습니다. 왜냐하면 일반적인 퀘이사와는 달리 은하의 가스가 차가워서 별의 생성이 줄어들지 않았기 때문입니다. 

 물론 52.5억 광년이나 떨어진 은하에 있는 별을 관측할 순 없지만, 소피아는 별이 생성되면서 방출하는 에너지를 적외선 파장에서 관측해 별의 생성속도를 측정할 수 있습니다. 소피아는 보잉 747을 개조해 만든 항공 천문대로 비행기에 설치된 망원경 가운데 가장 강력한 것이라고 할 수 있습니다. 이를 통해 과학자들은 우주까지 나가지 않고 비교적 저렴한 비용으로 지표에서 관측하는 것보다 훨씬 정확하게 특정 파장을 관측할 수 있습니다. 

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 하지만 소피아에도 한계는 존재합니다. 연구팀은 수많은 천문학자들과 마찬가지로 2021년으로 발사가 연기된 제임스 웹 우주 망원경에 큰 기대를 걸고 있습니다. 이번 연구는 차가운 퀘이사의 존재는 밝혀냈지만, 그 이유에 대해서는 모르는 상황입니다. 이 망원경이 발사되면 차가운 퀘이사가 어떻게 가능한지에 대한 결정적인 단서가 얻어질 것으로 기대됩니다. 

 참고 

Kevin C. Cooke et al. Dying of the Light: An X-Ray Fading Cold Quasar at z ∼ 0.405, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/1538-4357/abb94a

https://phys.org/news/2020-11-galaxy-survives-black-hole-feastfor.html