초질량을 가진 블랙홀로부터 에너지를 얻어 엄청난 빛(전자기파)를 내는 ‘퀘이사’(quasar)라 불리는 존재가 우주의 끝 가까운 은하들에서 발견되고 있다. quasar는 quasi-stellar radio source를 뜻한다. 1950-60년대에 처음 관측되었을 때, 별은 아니면서 별처럼 보인다고 하여 준성(準星)이라 불리기도 했다.
퀘이사는 신비 덩어리
퀘이사는 관측이 가능한 가장 먼 은하들 사이에 있기 때문에 하나의 점광원(點光源 별)으로 보인다. 과학자들은 퀘이사를 젊은 은하이고 점점 더 많이 생겨나고 있다고 생각한다. 퀘이사의 중심에는 태양보다 수억 배 무거운 블랙홀이 존재한다. 그러한 블랙홀의 중력 때문에 퀘이사에서 가장 밝고 강력한 에너지가 나오게 된다. 퀘이사의 밝기는 우리 은하계 속의 2,000억 개 별이 방사하는 빛 전부보다 1,000배나 강하고, 태양보다는 27조 배 밝을 것이라고 한다.
과학자들은 퀘이사를 ‘은하가 탄생하는 핵심부’라고 생각하여 활성 은하의 핵(active galactic nucleus, AGN)이라 부르다가, 최근에는 AGN을 처음 확인한 미국의 천문학자 세이퍼트(Carl Keenan Seyfert 1911-1960)의 이름을 따서 ‘세이퍼트 은하’(Seyfert galaxy)로 개칭했다.
퀘이사는 우주 탄생에 대한 결정적인 비밀을 숨기고 있다. 퀘이사 주변의 먼지, 가스, 물질은 거의 빛의 속도로 블랙홀의 중심으로 끌려간다. 이때 빨려 들어가는 물질들의 충돌과 마찰에 의해 초고온의 빛에너지가 발생하면서 엄청난 전자기파를 방사하게 된다.
가장 먼 은하계에서 발견된 이 퀘이사(J0313-1806)의 상상도에서는 거대 블랙홀로 끌려가는 물질에 의해 발생한 빛에너지와, 거기서 발생하는 초고속(광속의 20%) ‘우주의 바람’을 표현하고 있다. 이 퀘이사는 약 130억 광년 거리에 있다. (Keck Observatory).
블랙홀에서는 빛도 밖으로 나오지 못하는데, 어떻게 이런 현상이 일어나는지, 또 퀘이사는 왜 생겨나는지 그 이유는 아직 모른다. 퀘이사는 2021년 말까지 100만 개 이상 발견되었다. 과학자들은 우리 은하계에도 과거에 퀘이사가 있었으나, 언제인지 모르나 없어졌다고 생각하고 있다.
메시에77 은하(NGC 1068)를 허블망원경이 촬영한 영상이다. 이 은하의 퀘이사는 가장 가깝고 밝기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다.
퀘이사의 발견 역사
퀘이사의 존재는 1950년대에 전파망원경 관측으로 처음 확인되었다. 그러나 당시에는 그것이 무엇인지, 얼마나 먼 거리에 있는지 알지 못했으며, 망원경으로는 보이지 않지만 강한 전자기파를 방사하는 존재라는 것을 알았다. 그러다가 1960년대에 영국계의 오스트레일리아 천문학자 볼튼(John Bolton 1922-1993)이 전파망원경으로 2개의 퀘이사를 발견한 이후 연달아 새로운 것들이 확인되기 시작했다.
지금은 블랙홀에 대해 많은 것을 이해하게 되었고, 우주망원경 관측을 통해 퀘이사에 대해 약간의 지식을 갖게 되었다. 독일 막스플랑크 연구소의 천문학자 발터(Fabian Walter)와 베네만스(Bram Venemans)는 2017년 12월에 칠레의 마젤란 천체망원경(직경 6.5m)과 NASA의 WISE 적외선 우주망원경을 이용하여 가장 먼 거리(130억 광년)에 있는 퀘이사를 발견했다. 그들이 관측한 퀘이사는 태양보다 40조 배 밝은 빛을 내고 있었다.
하와이 천문대가 2020년에 발견한 ‘포유아 에나’ 퀘이사 역시 130억 광년 거리에 있으며, 거기에는 태양보다 15억 배 무거운 블랙홀이 존재한다고 생각되고 있다. ‘포유아 애나’는 빅뱅이 일어난 뒤 1억 년 후에 처음 생겨났으며, 우주의 팽창에 의해 지금의 위치로 가게 된 것이다.
찬드라 X선 우주망원경으로 2000년 5월에 촬영한 퀘이사(PKS 1127-145)에서 X선 제트가 뿜어 나오고 있다. 100억 광년 거리에 있다.
천문학자들은 은하계의 진화 과정을 아직 확실히 알지 못한다. 그러나 다수의 과학자들은 은하계가 젊을 때는 퀘이사의 모습이었을 것이라 생각한다. 만일 초 에너지를 가진 퀘이사가 토성의 거리에 있다면, 지구의 바닷물은 1초 안에 전부 증발해버릴 것이라고 한다.
오늘날 천문학자들은 신비스러운 퀘이사에 대해 집중적으로 연구를 하고 있다. 그러나 아직도 그에 대해 잘 알지 못하는 이유를 한 과학자는 이렇게 말했다. “먼 곳에서 눈부시게 비치는 자동차의 헤드라이트를 보고, 그것이 어떤 차인지 알 수 없지 않을까?” 그래서 차세대 제임스웹 우주망원경의 중요 관측 대상에는 퀘이사가 우선순위로 포함되어 있다. – YS
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