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우주 이야기 1630 - 광속의 30%의 바람이 부는 퀘이사 주변 원반


 (An artist's impression of a quasar. The black dot in the center represents the supermassive black hole at the center of the quasar. The red-and-yellow spiral surrounding it shows the disc of hot gas falling into the black hole. Some of this gas is ejected as the quasar's wind, which is shown in light blue. The size of the disc shown is comparable to the size of our Solar System. Credit: NASA/CXC/M. Weiss, Nahks Tr'Ehnl, Nurten Filiz Ak)

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퀘이사는 우주 초기에 있었던 매우 강력한 은하 중심 블랙홀로 엄청난 에너지를 뿜어 내기 때문에 100억 광년 이상 떨어진 위치에서도 관측됩니다. 가스가 풍부한 초기 은하에서 많은 물질을 흡수한 거대 질량 블랙홀은 막대한 물질을 흡수하지만 모두 먹지 못하고 상당수는 다시 제트의 형태로 뿜어냅니다. 이렇게 내뿜는 제트의 밝기는 은하계 전체의 밝기보다 더 밝을 수도 있는데, 이것이 퀘이사의 정체입니다.

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블랙홀의 제트의 속도는 빛보다 빠르진 않지만 거의 근접할 수 있습니다. M87 같는 초대형 은하 중심 블랙홀은 빛의 속도의 99%의 속도로 입자를 내뿜습니다. 퀘이사 역시 광속의 90-99%로 입자를 내뿜고 있습니다.

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요크 대학의 패트릭 홀 교수 (York Professor Patrick Hall of the Faculty of Science)와 대학원생이자 주저자인 루카스 시튼, 대학원생 마리아나 벨트리, 학부생 주쩌우 주 (Lucas Seaton, Marianna Veltri, Zezhou Zhu)는 퀘이사의 제트 뿐 아니라 주변의 강착 원반에서도 광속의 30%에 달하는 빠른 바람이 불고 있다는 점을 알아냈습니다.

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퀘이사 J2318는 페가수스 자리 방향에 있습니다. 연구팀에 따르면 이 퀘이사의 바람은 79등급 허리케인에 해당합니다. 참고로 허리케인은 등급이 하나씩 올라갈 때마다 속도가 약 20%씩 빨라집니다.

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이 퀘이사의 정체는 태양 질량의 17억 배에 달하는 초거대 질량 블랙홀입니다. 블랙홀의 엄청난 질량에 의해 빨려들어온 물질들은 바로 블랙홀 안으로 들어가는 것이 아니라 주변에 거대한 원반 형태로 주위를 공전하면서 점점 안쪽으로 들어갑니다.

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블랙홀 주변의 강착 원반은 매우 빠르게 공전할 뿐 아니라 매우 뜨거워져 주변으로 바람을 내뿜을 수 있습니다. 연구팀에 따르면 J2318 의 가스 바람은 자외선 파장에서 빛의 속도의 최대 30%에 달하는 속도로 관측됩니다. X선 파장에서는 이보다 더 빠른 바람도 관측될 수 있지만, J2318은 자외선 파장에서 발견된 것 중 가장 빠른 바람입니다.

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여기서 흥미로운 대목은 바람의 속도가 빛에 의해 가속된다는 것입니다. 보통 기체의 압력 차이에 의해 발생하는 지구의 바람과 달리 퀘이사에서 나오는 바람은 부분적으로는 빛 자체에 의해 발생합니다. 빛 입자(광자)들이 기체 속 원자에 부딪히거나 흡수되면서 가속되는 것입니다.

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이번 발견은 국제 관측 조사인 SDSS의 두 가지 구성 요소, 특히 SDSS-IV 시간 영역 분광 조사와 SDSS-V 블랙홀 매핑에서 얻은 데이터를 활용했습니다. 연구팀은 이 두 데이터를 분석해 J2318의 바람이 대단히 빠르다는 점을 알아냈습니다.

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그러나 빠른 바람만이 이번 연구의 유일한 성과는 아닙니다. 이 강한 바람과 물질 흐름은 블랙홀 주변 은하에 큰 영향을 미쳐 은하 진화에 영향력을 행사하는 것으로 보입니다. 과거 은하 중심 블랙홀은 은하 중심부에 있는 엄청나게 큰 블랙홀 정도로 생각됐지만, 현재는 은하와 별의 생성에 큰 영향을 미치는 은하의 핵심 구조라는 점이 알려지고 있습니다.

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연구팀은 이렇게 빠른 바람이 일반적인 현상인지 이해하기 위해 관측을 계속하고 있습니다. 블랙홀이 단지 모든 것을 흡수하는 검은 구멍이 아니라 은하의 물질을 다시 배분하고 정리하는 조절자라는 사실이 흥미롭습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-06-ultraviolet-quasar-supermassive-black-hole.html

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Lucas M. Seaton et al, A New Member of the Fast and Furious Family: A Relativistic and Time-variable UV Outflow in a Luminous Quasar, The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae5f94

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