최초로 측정된 블랙홀 주변 암흑 물질의 후광

심오한 영향력

최근 천문학자들은 수백 개의 고대 블랙홀 주변 암흑 물질의 후광을 처음으로 측정, 고대 퀘이사 은하 주변의 신비한 물질 형태를 연구하는 것은 우주가 어떻게 진화했는지에 대한 우리의 이해에 심오한 영향을 미칠 수 있습니다. 연구에 참여한 천문학자 팀은 고대 은하계의 밝은 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀을 둘러싸고 있는 암흑 물질 후광의 무게를 최초로 측정했습니다. 블랙홀로 구동되는 이 하트, 즉 퀘이사는 주변 은하계에 모든 별의 빛을 합친 것보다 더 밝은 경우가 많습니다. 초대질량 블랙홀은 태양 질량의 수십억 배에 달할 수 있으며, 주변 물질을 탐욕스럽게 먹기 시작할 때 이 초발광 중심 지역이 발화됩니다. 과학자들은 은하 주변의 이같이 활동적인 암흑 물질 할로가 물질을 중앙 블랙홀로 유도하여 타이탄에게 먹이를 주는 우주 전달 서비스 역할을 하는 데 도움이 될 수 있다고 해석했습니다.

 

새로운 연구는 이러한 공급 메커니즘이 실제로 수백 개의 고대 퀘이사 주변에서 작동하고 있음을 나타냈으며 해당 과정은 우주 역사를 통틀어 일정하게 유지되어 왔다는 것을 암시했습니다. 도쿄대학교 천문학과 교수이자 팀 대표인 카시카와 노부나리는 "우리는 약 130억 년 전 우주의 활성 블랙홀을 둘러싼 암흑물질 후광의 전형적인 질량을 처음으로 측정했습니다"라며 입을 열었습니다. 퀘이사의 암흑 물질 후광 질량이 태양 질량의 약 10조 배로 매우 일정하다는 것을 발견했다는 카시카와는 "이러한 측정은 퀘이사 주변의 보다 최근의 암흑물질 후광 질량에 대해 이루어졌으며 이러한 측정은 우리가 관찰한 것과 놀랍도록 유사합니다"라고 말했습니다. 이어 그는 "이것은 수십억 년 전 발생했는지, 지금 발생했는지 상관없이 퀘이사를 활성화하는 것처럼 보이는 특징적인 암흑 물질 후광 질량이 있음을 시사하기 때문에 흥미롭습니다"라고 의의를 내렸습니다. 예상치 못한 결과가 나온 이번 연구는 은하 중심부에 있는 초대질량 블랙홀이 별의 형성과 일반적인 은하의 성장에 큰 영향을 미치기 때문에 초기 우주에서 은하가 어떻게 성장했는지에 대한 과학자들의 의문에 심오한 영향을 미칠 수 있습니다.

 

고대 은하의 암흑물질 함량 측정

암흑 물질의 본질은 과학계에 시급한 문제, 암흑 물질은 우주 전체 물질의 약 85%를 차지하지만, 상호 작용하지 않아 사실상 우리에게 보이지 않기 때문입니다. 천문학자들은 중력 효과를 통해 암흑 물질의 존재를 추론할 수 있으며 해당 효과가 별, 우주 먼지 및 가스 구름, 은하계 행성 및 해당 은하계를 통과하는 빛으로 구성된 표준 일상 물질에 미치는 영향을 예측할 수 있습니다. 파악하기 어려운 이 중력 효과는 과학자들로 하여금 대부분의 은하계가 일종의 암흑 물질 후광으로 둘러싸여 있어야 한다는 사실을 궁극적으로 깨닫게 했습니다. 눈에 보이는 물질의 중력만으로는 은하계가 빠른 속도로 회전하는 동안 이를 함께 지탱할 수 없고 이러한 암흑 물질 추론 기술이 개선되더라도 근처 은하 주변에 있는 보이지 않는 물질의 질량을 측정하는 것은 까다롭습니다. 또한 멀리 떨어져 있는 초기 은하 주위의 암흑 물질을 측정하는 것은 은하에서 나오는 빛이 너무 희미한 탓에 더욱 어려운 것으로 입증되었습니다.

 

새로운 도전

초기 우주에서 블랙홀이 어떻게 성장했는지 더 잘 이해하고자 한 카시카와의 연구팀은 이러한 문제가 이들을 국면하게 두지 않았습니다. 연구자들은 퀘이사에 연료를 공급하는 가장 크고 가장 강력한 수백 개의 초대질량 블랙홀의 밝기 덕분에 고대 주변의 암흑 물질 할로를 처음으로 측정할 수 있었습니다. 이 고대 퀘이사에서 나오는 빛은 우주를 여행하고 망원경을 통해 도달하는 데 최대 130억 년이 걸렸습니다. 장대한 여행 동안 이 빛은 에너지를 잃었고 파장이 늘어나 가시광선 스펙트럼의 적색 끝을 지나 아래로 이동하여 적외선 파장으로 변환됐습니다. 천문학자들은 이 과정을 적색편이라 부릅니다.

 

앞선 2016년 카시카와 팀은 스바루 망원경을 비롯한 다양한 장비를 사용해 하와이 마우나케아 정상에서 다양한 천문 조사를 실시하고 적외선 데이터를 수집하기 시작했습니다. 연구원들은 이를 통해 퀘이사에서 나오는 빛이 암흑 물질의 중력 영향에 의해 어떻게 변경되었는지를 볼 수 있었습니다. 연구에 참여한 한 구성원은 "뒤틀림의 정도를 측정하고 이를 은하계의 가스, 먼지, 별 형태의 일상 물질 질량으로 인해 발생하는 뒤틀림의 양과 비교하면 숨겨진 암흑 물질의 질량이 드러납니다"라고 설명했습니다. 카시카와는 "업그레이드를 통해 스바루 망원경은 그 어느 때보다 더 멀리 볼 수 있었지만, 국제적으로 관측 프로젝트를 확장함으로써 더 많은 것을 배울 수 있었습니다"라고 전했습니다.

 

카시카와는 "미국 베라 쿠퍼 루빈 천문대와 올해 유럽 연합이 발사한 우주 기반 유클리드 위성도 하늘의 더 넓은 영역을 스캔하고 퀘이사 주변에서 더 많은 암흑 물질 후광을 찾을 것입니다"라고 전망했습니다. 그러면서 "우리는 은하계와 초대질량 블랙홀 사이의 관계에 대한 보다 완전한 그림을 구축할 수 있습니다. 이는 블랙홀이 어떻게 형성되고 성장하는지에 대한 이론을 알려주는 데 도움이 될 수 있습니다"라고 덧붙였습니다.