왜소은하 속 '거대질량 블랙홀' 발견
왜소은하 속 '거대질량 블랙홀' 발견
  • 이웃집과학자
  • 승인 2017.04.03 18:25
  • 조회수 3778
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거대질량 블랙홀을 실제로 본다면 이런 느낌일까?  Credit: NASA/JPL-Caltech
거대질량 블랙홀을 실제로 본다면 이런 느낌일까? Credit: NASA/JPL-Caltech

두 은하의 병합, 특이한 게 있다

 

NASA의 ‘NuSTAR(Nuclear Spectroscopic Telescope Array)’는 두 은하계가 병합하는 모습을 관측했다고 합니다.

 

관측된 은하 ‘Was 49a’는 거대한 원반모양의 은하입니다. Was 49a가 훨씬 작은 왜소은하인 ‘Was 49b’와 합쳐지는 모습이 관측되었습니다. 왜소은하인 Was 49b는 거대은하 Was 49a 주위를 은하 중심으로부터 26,000 광년 거리를 두고 공전했습니다.

 

그런데 왜소은하인 Was 49b 안에 거대한 ‘거대질량 블랙홀(Supermassive Black Hole)’이 발견되어 과학자들을 놀라게 만들었습니다. 연구진은 고에너지 X-선 관찰을 통해 이 왜소은하에 예상보다 큰 거대질량 블랙홀이 있는 것을 발견했습니다. NuSTAR 임무의 선임 연구원인 Nathan Secrest는 “이것은 아주 독특한 시스템”이라며 “우리가 일반적으로 알고 있는 은하 합체와는 다르다”고 밝혔습니다.

 

왜소은하 속 거대질량 블랙홀

 

NuSTAR와 슬론 디지털 전천 탐사(Sloan Digital Sky Survey : SDSS)를 통해 얻어낸 자료에 의하면 왜소은하에 있는 블랙홀의 질량은 비슷한 크기의 은하에 있는 블랙홀보다 거대했습니다. 이 블랙홀은 은하 전체 질량의 2% 이상을 차지하고 있었습니다.

 

Secrest는 “왜소은하에 이렇게 큰 거대질량 블랙홀이 있을 줄은 상상도 못했다”며 “이 블랙홀은 우리가 예상한 것보다 수백배는 거대하다”고 놀라워했습니다.

 

Was 49b의 블랙홀은 ‘활동성 은하핵(Active Galactic Nucleus, AGN)’의 엔진 역할을 합니다. 활동성 은하핵이란 블랙홀이 가스와 먼지를 먹어치우면서 극도로 높은 에너지가 뿜어져 나오는 현상입니다. 활동성 은하핵은 가스와 먼지로 이뤄진 도넛 모양 구조로 덮여 있습니다. NASA의 Chandra 임무와 Swift 임무가 이런 X-선 방사를 특징 짓기 위해 실시되었죠.

IC 3639 은하계의 활동성 은하핵 Credit: ESO/NASA/JPL-Caltech/STScI
IC 3639 은하계의 활동성 은하핵 Credit: ESO/NASA/JPL-Caltech/STScI

일반적으로 두 은하가 병합할 때 크기가 큰 쪽 은하의 중심에 있는 블랙홀이 활성화됩니다. 블랙홀이 활성화되면 게걸스럽게 가스와 먼지를 먹어치웁니다. 그리고 물질이 에너지로 변환되어 고에너지의 X-선이 방사됩니다.

 

두 은하가 서로 접근하면 두 은하의 ‘중력 줄다리기’가 일어나고, 이 상호작용이 더 큰 은하의 블랙홀에 가스를 분출하는 회전력을 만들어 줍니다. 하지만 이 경우에는 더 작은 은하가 더 거대한 활동성 은하핵을 가지고 있기 때문에 Was 49a의 블랙홀이 상대적으로 조용한 것이죠.

 

우주사진도 필터를 이용해야 잘 나와

은하 Was 49a(녹색)와 Was 49b(분홍색)의 모습  Credit: DCT/NRL
은하 Was 49a(녹색)와 Was 49b(분홍색)의 모습 Credit: DCT/NRL

Was 49a와 Was 49b 은하의 가시광 이미지는 애리조나 주 디스커버리 채널 망원경(Discovery Channel Telescope)을 이용해 관측됐습니다. SDSS의 필터와 같은 필터를 사용한 이미지입니다.

 

두 은하가 너무 멀리 떨어져 있다 하더라도 괜찮습니다. 특정 필터를 이용해 가스가 이온화된 지역과 그렇지 않은 지역을 구분할 수 있습니다. 예를 들어 사진 속 분홍색 지역은 거대질량 블랙홀의 주변 지역입니다. 평범한 별들로부터 나오는 빛은 여러분 보시기에 녹색으로 비칩니다. 이런 과정을 통해 은하의 크기를 보다 정확하게 측정할 수 있습니다.

 

분홍색 부분이 두드러지는 이유는

활동성 은하핵이 발하는 강력한 에너지 때문인데요. 이 분홍색 지역 안에 희미한 별들이 묻혀 있습니다. 이 별들은 거대한 블랙홀 주위를 둘러싸고 있는 겁니다.

 

연구는 계속된다

 

과학자들은 왜소은하인 Was 49b에 엄청난 크기의 거대질량 블랙홀이 왜 존재하는지 알아내기 위해 아직 연구 중입니다. 은하가 합쳐지기 전부터 이미 거대했던 것일 수도, 은하가 합쳐지는 초기 과정에서 거대해졌을 가능성도 있습니다.

 

Secrest는 이 연구가 “거대질량 블랙홀이 형성하고 자라나는 지에 대한 통찰력을 줄 수 있다”며 연구의 중요성을 강조했습니다. 그는 이어서 “이 은하계를 조사함으로써 우리 은하계의 블랙홀이 어떻게 형성되었는지에 대한 단서를 얻을 것”이라고 말했습니다. 이 두 은하는 수백만 년 안에 완전히 합쳐져 하나가 될 것으로 보입니다.

 

참조 : NuSTAR Probes Puzzling Galaxy Merger (https://www.nasa.gov)

 



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