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우주 이야기 1387 - 우주에서 가장 밝은 천체


 

(An artist's impression of the brightest object ever discovered – a quasar that shines with the light of 500 trillion Suns – which is also the fastest growing black hole, eating the equivalent of a Sun a day. Credit: ESO/M. Kornmesser)

과학자들이 우주에서 가장 밝은 천체의 기록을 다시 수정했습니다. 우주에서 가장 밝는 천체는 사실 우주 초기에 집중적으로 존재했습니다. 지금보다 우주의 밀도가 높고 빨아들일 물질이 많을 때 초기 은하 중심 블랙홀들이 물질을 흡수하면서 빠른 속도로 커졌기 때문입니다.

블랙홀은 이름과 달리 사실은 우주에서 가장 밝은 천체가 될 수 있는데, 막대한 물질을 흡수하면서 모두 삼키지 못하고 강력한 제트의 형태로 다시 방출하게 됩니다. 강한 중력과 자기장에 의해 광속에 가까운 속도로 방출된 입자가 블랙홀을 우주에서 가장 밝은 천체로 만드는 것입니다. 이 가운데 특히 초기 은하에서 가장 밝게 빛나는 블랙홀을 퀘이사라고 부릅니다.

2019년 과학자들은 태양의 600조배나 밝게 빛나는 블랙홀을 포착했습니다. 하지만 사실 이 밝기는 중력 렌즈를 이용해 50배 정도 늘어난 것이기 때문에 실제 밝기는 태양의 11조배 정도입니다. 물론 이 정도로도 지금까지 발견된 것 가운데 가장 밝은 천체의 타이틀을 차지하기에 부족함은 없었습니다.

호주 국립 대학 (ANU)의 크리스티안 울프 교수 (Associate Professor Christian Wolf)가 이끄는 연구팀은 태양 질량의 170억배에 달하는 초거대 질량 블랙홀을 찾아냈습니다. VLT를 이용한 분석을 통해 연구팀은 이 블랙홀이 하루 태양 질량만큼의 물질을 흡수하고 있다는 사실을 확인했습니다. 이는 지금까지 포착된 100만 개에 달하는 퀘이사 가운데서 최고 수준으로 밝기 역시 최고 수준입니다.

이 퀘이사(quasar J0529-4351)의 밝기는 태양의 500조배로 만약에 강한 중력 렌즈 때문이 아니라고 해석할 경우 역대 가장 밝은 퀘이사가 됩니다. 연구팀은 블랙홀 주변의 물질이 나선의 원반을 그리며 흡수되다가 상당수는 제트로 빠져나가는 강착 원반의 지름 역시 7광년으로 역대 최대 크기라고 보고 있습니다. 이는 태양에서 해왕성 거리의 15,000배 정도입니다. 참고로 거리는 지구에서 120억 광년입니다. 물론 그만큼 초기의 은하 중심 블랙홀입니다.

(Zooming in on the record-breaking quasar J0529-4351)

물론 우주는 넓고 어딘가 이보다 더 밝은 블랙홀이 숨어 있을 가능성은 얼마든지 있습니다. 신기록을 수립할 새로운 블랙홀은 언제 나오게 될지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/space/brightest-object-universe-swallows-sun-every-day/

https://www.eso.org/public/news/eso2402/

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02195-x

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