초거대 블랙홀

사건: 블랙홀의 별 연회

2022년 2월 11일, 지구에서 수십억 광년 떨어진 곳에서 놀라운 우주 사건이 발생했습니다. 한 별이 초거대 블랙홀에 너무 가까이 다가가면서 조석 교란 사건(TDE)으로 알려진 드문 현상이 일어났습니다.

TDE 동안, 블랙홀의 엄청난 중력은 별을 찢어내어 ‘스파게티화’라고 불리는 물질의 흐름을 만듭니다. 이 물질이 블랙홀에 떨어지면서, 천문학자들이 감지할 수 있는 밝은 에너지 제트를 방출합니다.

도플러 증폭 제트: 우주의 등대

연구자들은 곧 블랙홀의 제트가 지구를 향해 직접 향하고 있어 ‘도플러 증폭’ 효과를 일으킨다는 것을 발견했습니다. 이 효과는 제트를 더욱 밝게 만들어 천문학자들이 전례 없는 세부 사항으로 TDE를 관찰할 수 있게 했습니다.

우주에서 가장 밝은 천체: 120억 광년 떨어진 빛나는 퀘이사

천문학자들은 지금까지 알려진 우주에서 가장 밝은 천체를 발견했습니다. 공식적으로 J059-4351이라는 이름이 붙여진 이 퀘이사는 120억 광년 떨어진 은하의 빛나는 핵이며, 태양보다 무려 500조 배나 더 밝게 빛납니다.

퀘이사는 우주에서 가장 밝은 천체입니다. 주변을 도는 가스와 먼지 원반을 활발히 삼키고 있는 초대질량 블랙홀에 의해 에너지를 얻습니다. 블랙홀 주변을 소용돌이치는 물질로 인해 마찰이 생기면 멀리서 볼 수 있는 빛나는 열이 방출됩니다.

J059-4351 퀘이사는 지금까지 관측된 가장 밝은 천체입니다. 매일 태양 한 개 질량보다 많은 물질을 삼키는 블랙홀에 의해 에너지를 얻고 있으며, 이는 과학자들이 지금까지 본 가장 빠르게 성장하는 블랙홀입니다.

블랙홀 주변의 降着円盤은 태양과 해왕성 사이의 거리보다 15,000배나 깁니다. 이 원반은 엄청난 양의 에너지를 방출하면서 밝게 빛납니다.

연구자들은 1980년 호주에 있는 슈미트 사던 스카이 서베이(Schmidt Southern Sky Survey)가 촬영한 이미지에서 이 초고도 밝은 퀘이사를 자신도 모르게 포착했습니다. 하지만 처음에는 별로 오인했습니다.

일반적으로 천문학자들은 이미 알려진 퀘이사와 유사한 물체가 있는지 하늘의 넓은 영역을 조사하도록 훈련된 기계학습 모델을 사용하여 퀘이사를 찾습니다. 이로 인해 지금까지 본 적 없는 특이하게 밝은 퀘이사를 찾기가 어려워집니다.

작년에 이 연구의 저자들은 호주에 있는 사이딩 스프링 천문대의 망원경을 사용하여 이 물체가 실제로 퀘이사임을 확인했습니다. 그들은 칠레에 있는 초거대 망원경의 데이터를 사용하여 이 퀘이사가 사상 가장 밝은 것이라는 것을 확인했습니다.

J059-4351 퀘이사 중심부의 블랙홀은 무게가 약 170억 개의 태양과 같습니다. 이 블랙홀은 굶주려 있으며, 매년 태양 413개에 해당하는 양의 물질을 삼킵니다.

블랙홀이 물질을 삼키면 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 降着円盤을 섭씨 10,000도까지 가열하고, 지구를 1초면 한 바퀴 도는 강력한 바람을 생성합니다.

J059-4351 퀘이사의 빛이 우리에게 도달하는 데는 약 120억 년이 걸렸습니다. 이는 우리가 이 퀘이사를 120억 년 전의 모습 그대로 보고 있다는 뜻입니다.

그 당시 우주는 지금보다 훨씬 더 어리고 혼돈스러웠습니다. 자유롭게 떠도는 가스와 먼지가 훨씬 더 많았으며, 이것이 블랙홀에 풍부한 먹잇감을 제공했습니다.

그러나 시간이 지남에 따라 우주에 있는 가스와 먼지 대부분이 별과 은하로 응고되었습니다. 이는 블랙홀이 이제는 초기 우주처럼 먹을 물질이 많지 않다는 것을 의미합니다.

결과적으로 J059-4351 퀘이사 중심부의 블랙홀은 결국 성장을 멈출 것입니다. Wolf는 우주의 가장 밝은 천체라는 이 기록은 앞으로도 결코 깨지지 않을 것이라고 생각합니다.