(A mirrored half-slice through the interior of a simulated exploding supermassive star of 55,500 solar masses one day after the onset of the explosion. The radius of outer circumference is close to the Earth’s orbit. Credit: K.-J. Chen)
대부분의 은하 중심에는 거대 질량 블랙홀이 존재합니다. 태양 질량의 수백만배에서 수십억배에 달하는 거대한 블랙홀이 은하의 진화에 상당한 영향을 미치는데, 은하 중심부가 가장 물질의 밀도가 많은 장소임을 생각하면 이런 블랙홀이 존재하는 것이 의외의 결과가 아닌 것처럼 보입니다. 하지만 과학자들은 거대 질량 블랙홀의 생성 과정에 대해서 명쾌한 설명을 내놓지 못하고 있습니다.
우선 생각하기에는 태양 질량의 수백배에 달하는 1세대 별이 죽으면서 남긴 블랙홀이 커져서 지금처럼 되었을 것으로 생각할 수 있으나 여기에는 한 가지 문제점이 있습니다. 시뮬레이션을 해보면 이런 블랙홀은 주변에서 물질을 좀 흡수한 후 주변에 남은 물질이 별로 없어 지금보는 것 같은 거대 질량 블랙홀을 만들기에 적합하지 않습니다. 항성 질량 블랙홀들은 서로 멀리 떨어져 있어 중력으로 끌려서 뭉치기에 적합하지 않습니다.
대만의 ASIAA (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics. 中央研究院天文及天文物理研究所)의 과학자들은 새로운 가설을 제안했습니다. 우주 초기에 태양 질량의 1만배에서 10만배에 달하는 초거대 질량별이 존재했다는 것입니다. 그렇다면 현재의 거대 질량 블랙홀로 진화하는데 필요한 중력을 처음부터 쉽게 얻을 수 있습니다. 중력이 크면 더 멀리 있는 물질도 쉽게 흡수할 수 있기 때문입니다. 연구팀은 시뮬레이션을 통해 그 가능성을 주장했습니다.
하지만 실제로 이런 별이 존재할 수 있는지 회의적인 시각도 적지 않습니다. 연구팀은 현재 발사를 앞둔 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)이 이런 초거대 질량별에 의한 초신성을 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 우주 극초기에 있었던 독특한 초신성 폭발을 발견할 수 있을지는 그때가 되봐야 알겠지만, 흥미로운 주장인 점은 확실합니다. 전 세계 천문학자들이 제임스 웹 우주 망원경을 기다리는 이유가 하나 더 추가될 수 있을 것 같습니다.
참고
https://phys.org/news/2021-03-massive-stars-early-universe-progenitors.html
Takashi J Moriya et al. Observational properties of a general relativistic instability supernova from a primordial supermassive star, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093/mnras/stab622
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