우주 이야기 1438 - 128억 년 은하 충돌을 확인한 ALMA

(Artist's impression of the interacting galaxies observed in this research. The gravitational interactions during the merger trigger both starburst and quasar activity. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T.Izumi et al.)

항성 크기 천체이지만, 밝기는 은하보다 더 밝은 퀘이사는 우주 초기의 강력한 활동성 은하 중심 블랙홀로 알려져 있습니다. 우주 초기에는 지금보다 가스가 많았을 뿐 아니라 은하끼리 충돌도 자주 발생했는데, 이 과정에서 평소보다 훨씬 많은 물질을 흡수한 블랙홀이 더 강력한 제트를 방출한 것입니다.

이와 같은 퀘이사의 생성 원리가 우주 극초기에도 동일한지 알기 위해 타쿠마 이즈미 (Takuma Izumi)가 이끄는 국제 과학자팀은 세계에서 가장 강력한 전파 망원경 중 하나인 ALMA를 이용해 128억 광년 떨어진 충돌 은하를 관측했습니다.

이 충돌 은하는 가장 멀리 떨어진 충돌 은하 중 하나로 빅뱅 직후 9억년이라는 상당히 초기 시점에 은하 충돌을 일으키며 몸집을 키우고 있습니다. 그리고 이 과정에서 은하 중심 블랙홀에 막대한 가스가 공급되면서 강력한 퀘이사가 발생하는 것으로 추정됩니다.

하지만 거리가 너무 멀다보니 충돌 은하와 퀘이사로 추정될 뿐 실제로 두 은하가 서로 충돌하는 중인지 확인은 어려웠습니다. 연구팀은 ALMA의 높은 분해능을 이용해 두 은하 사이의 가스와 먼지로 연결된 다리 (bridge)를 발견했는데, 이는 두 은하가 실제 충돌 중이라는 강력한 증거입니다.

연구팀에 따르면 이 두 은하는 아직 많은 가스를 지니고 있어 앞으로 더 강력한 퀘이사로 성장할 가능성이 높습니다. 은하 합체 과정에서 상당히 많은 양의 가스가 밀도가 높아져 새로운 별이 대량으로 생기는 스타버스트 은하가 되고 있습니다.

우리 은하 역시 100억 년 전에 이런 과정을 거치면서 지금처럼 성장했을 가능성이 있습니다. 과학자들은 그때로 돌아가지는 못하지만, 대신 초기 은하의 진화과정을 연구해 우리 은하의 과거를 돌아보고 있습니다.

참고

https://phys.org/news/2024-08-astronomers-merging-galaxies-billion-years.html

Takuma Izumi et al, Merging Gas-rich Galaxies That Harbor Low-luminosity Twin Quasars at z = 6.05: A Promising Progenitor of the Most Luminous Quasars, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad57c6

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