(Giant quasar and little red dots. A NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (JWST) NIRCam picture of the luminous quasar J1148+5251, an extremely rare active supermassive black hole of 10 billion solar masses. The quasar's light, the orange star-like source with six clear diffraction spikes, was emitted 13 billion years ago. The existence of such massive black holes in the young Universe poses an important challenge to black hole and galaxy formation theories. Simultaneously, the image captured small, point-like red objects, the so-called little red dots. Several such objects appear in virtually every deep JWST image. Like the quasar J1148+5251, the light from these objects (that in these cases was emitted 12.5 billion years ago) is also powered by supermassive black holes. However, these black holes are a factor of hundred to a thousand lower in mass and heavily obscured by dust (making them appear red). The little red dots could represent galaxies that are in an evolutionary phase that predates the luminous quasar phase, and therefore help researchers understand the formation and role of supermassive black holes in distant galaxies. Credit: NASA, ESA, CSA, J. Matthee (ISTA), R. Mackenzie (ETH Zurich), D. Kashino (National Observatory of Japan), S. Lilly (ETH Zurich))
제임스 웹 우주 망원경이 우리에게 친숙한 퀘이사의 아기 버전을 발견했습니다. 퀘이사는 별처럼 작아 보이는 천체가 은하 전체보다 밝게 빛나는 천체로 처음에는 먼 우주에 있는 미스터리 천체였지만, 현재는 우주 초기에 막대한 물질을 흡수하면서 강력한 제트를 분출하는 거대 질량 블랙홀이라는 사실이 알려져 있습니다.
하지만 그렇다고 해서 퀘이사를 둘러싼 미스터리가 모두 풀린 것은 아닙니다. 허블 우주 망원경과 제임스 웹 우주 망원경 관측 결과 과학자들은 우주 초기에 도저히 있을 수 없을 것 같은 거대 질량 블랙홀들을 발견했습니다. 기존의 이론으로는 이렇게 빠른 성장을 설명하기 힘들다는 것이 새로운 문제로 떠올랐습니다.
오스트리아 과학기술 대학의 제리트 마테 교수 (Jorryt Matthee, Assistant Professor in astrophysics at the Institute of Science and Technology Austria (ISTA))가 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경이 수집한 EIGER (Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization)와 FRESCO (First Reionization Epoch Spectroscopically Complete Observations) 데이터를 살펴봤습니다.
연구팀은 여기에서 엄청나게 무거운 거대 질량 블랙홀 이외에 아직 가스에 덮혀 붉은 색으로 보이는 작은 거대 질량 블랙홀들을 발견했습니다. 이들는 태양 질량의 1000만에사 1억 배로 사실 작은 블랙홀은 아니지만, 거대 퀘이사의 아기 버전 (baby quasar)이라고 부를 수 있는 질량을 지니고 있습니다.
연구팀은 Ha(H 알파) 라인에서 분석해서 이 베이비 퀘이사들을 연구했습니다. 연구팀에 따르면 현재 성장 중인 베이비 퀘이사들은 결국 주변 가스 고치를 뚫고 나와 완전히 자란 퀘이사가 될 것입니다. 거대 퀘이사가 갑자기 생기는 것이 아니라 이런 과정을 통해 생긴다는 것을 확인한 셈입니다.
초기 은하와 블랙홀의 진화는 아직도 모르는 부분이 많은 주제입니다. 과학자들이 제임스 웹 우주 망원경이라는 강력한 도구를 사용할 수 있게 되면서 하나씩 그 비밀이 풀리고 있지만, 아직은 갈 길이 먼 상태입니다. 하지만 지금처럼 연구를 계속하면 앞으로 10년 후 인류의 지식은 크게 확장될 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2024-03-baby-quasars-james-webb-space.html
Little Red Dots: An Abundant Population of Faint Active Galactic Nuclei (AGN) at z ~ 5 Revealed by the EIGER and FRESCO JWST Surveys, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad2345
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