(Three panels are shown showing an increasingly small area of the PRIMER galaxy field. The first image shows a large field of galaxies on the black background of space. The second image shows a smaller region from this field, revealing the galaxies in closer detail, appearing in a variety of shapes and colors. The final image shows the ZS7 galaxy system, revealing the ionized hydrogen emission in orange and the doubly ionized oxygen emission in dark red. Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, P. G. Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et al)
국제 천문학자 팀이 제임스 웹 우주 망원경을 이용해서 역대 가장 먼 거리의 블랙홀 합체 이벤트를 관측했습니다. 이번에 관측된 은하 및 블랙홀 합체 이벤트는 빅뱅 직후 7억 4천만년에 불과한 시점에 이뤄진 것으로 우주의 극초기부터 대형 블랙홀이 합쳐져 더 큰 블랙홀이 나타날 수 있다는 것을 보여주고 있습니다.
블랙홀은 질량에 따라 태양 질량의 수십 배 이내인 항성 질량 블랙홀과 은하 중심에 있으면서 태양 질량의 수백만 배에서 수십 억배에 이르는 초거대 질량 블랙홀의 두 가지 형태로 나눌 수 있습니다. 물론 그 중간도 존재하지만, 과학지들이 관측한 가장 흔한 블랙홀은 이 두 가지 형태입니다.
은하 중심의 거대 질량 블랙홀은 오랜 시간 물질을 흡수하면서 커졌고 은하 역시 합체를 거듭하면서 커진 것이기 때문에 과학자들은 우주 초기 은하와 은하 중심 블랙홀은 대부분 작을 것으로 생각했습니다.
물론 대개 그렇긴 하지만, 허블 우주 망원경은 우주 초기부터 생각보다 큰 은하와 블랙홀이 존재한다는 사실을 발견했습니다. 그리고 제임스 웹 우주 망원경은 역대 가장 강력한 성능으로 우주 극초기의 거대 질량 블랙홀은 물론 그들이 합체하는 드문 장면까지 목격했습니다.
이번에 발견된 거대 질량 블랙홀인 ZS7 은하 시스템 가운데 한 쪽의 질량은 태양 질량의 5천만 배에 달합니다. 다른 한 쪽은 가스와 이 블랙홀에 가려 잘 보이지 않으나 아마도 비슷한 질량으로 추정됩니다.
이들이 합체를 완료하면 태양 질량의 1억 배에 달하는 초거대 질량 블랙홀이 등장할 것입니다. 그리고 그 과정에서 엄청난 중력파를 내놓게 될 것입니다.
이 중력파는 지구에서 너무 멀기 때문에 관측이 쉽지 않지만, 현재 추진 중인 유럽 우주국의 우주 중력파 측정 장치인 Laser Interferometer Space Antenna (LISA)가 완성되면 가능할 것으로 예상됩니다.
과학자글응 이번 관측 결과를 토대로 LISA가 발견할 거대 질량 블랙홀의 합체가 더 빈번하게 관측될 것으로 예상하고 있습니다. 어떻게 이렇게 극초기에 거대 질량 블랙홀이 성장할 수 있는지, 그리고 이들이 얼마나 자주 합체해 몸집을 키우는지에 대한 해답이 이때 나올지도 모릅니다.
참고
https://phys.org/news/2024-05-webb-distant-black-hole-merger.html
Hannah Übler et al, GA-NIFS: JWST discovers an offset AGN 740 million years after the big bang, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae943
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