제임스 웹 우주망원경(JWST)이 빅뱅(Big Bang)으로 우주 역사가 시작된 지 5억7천만 년밖에 지나지 않은 시점의 은하(CEERS 1019)에서 지금까지 발견된 것 중 가장 먼 활동성 초대질량 블랙홀을 포착했다.

7일 미국 오스틴 텍사스대 스티븐 핀켈스타인 교수팀은 과학저널 '천체물리학 저널 레터스'(The Astrophysical Journal Letters)에서 JWST '우주 진화 초기 방출 과학(CEERS)' 조사 데이터를 분석, 초기 우주 은하에서 태양 질량 900만배 크기의 활동성 초대질량 블랙홀을 발견했다고 밝혔다.

▲ 제임스 웹 우주망원경 근적외선 카메라로 촬영한 은하들.

연구팀은 또 CEERS 1019 은하의 블랙홀 외에도 빅뱅 후 10억 년과 11억 년 지난 시점에 존재했던 더 작은 크기의 블랙홀 두 개를 추가로 확인했으며, 빅뱅 후 4억7천만~6억7천500만년 사이에 존재했던 은하 11개도 발견했다고 설명했다.

CEERS 조사는 JWST에 탑재된 근적외선 카메라(NIRCam)와 중적외선 장비(MIRI)로 초기 우주를 관측, 영상과 스펙트럼 데이터를 수집하는 프로그램이다.

연구팀은 CEERS 1019 은하에서 발견된 초대질량 블랙홀은 지금까지 가장 초기 은하에서 발견됐다는 점은 물론 질량이 다른 우주 초기 초대질량 블랙홀에 비해 상대적으로 작다는 점도 주목할만하다고 밝혔다.

▲ 빅뱅 5억7천만년 후 존재했던 초질량 블랙홀.

이 블랙홀은 질량이 태양의 약 900만배로 다른 망원경들에 포착된 초기 우주 초대질량 블랙홀들이 보통 태양의 10억배 이상이 것에 비해 훨씬 작다. 이 블랙홀은 크기가 태양의 460만 배인 우리은하 중심 블랙홀에 오히려 가까운 셈이다.

연구팀은 이 블랙홀은 크기가 작지만 만들어진 시기가 다른 블랙홀들보다 훨씬 이르기 때문에 우주가 시작된 후 어떻게 이렇게 빨리 초대질량 블랙홀이 만들어질 수 있었는지는 여전히 설명하기 어렵다고 지적했다.

▲ 현재까지 발견된 가장 먼 거리의 초대질량 블랙홀들.

연구팀은 JWST의 CEERS가 수집한 스펙트럼에서 어떤 것이 각각 블랙홀과 은하에서 방출되는 것인지 구분할 수 있었을 뿐 아니라 블랙홀이 흡수하는 가스의 양과 은하에서 별이 형성되는 속도도 확인할 수 있었다고 밝혔다.

핀켈스타인 교수는 "이번에 발견한 3개의 블랙홀은 웹망원경 이전에는 너무 흐릿해 관측되지 않았다"면서 "지금까지 초기 우주 천체 연구는 대부분 이론적이었는데 웹망원경을 통해 비로소 극히 먼 거리의 블랙홀과 은하를 관측하고 정확히 측정하는 게 가능해졌다"고 말했다.

이어 "앞으로 JWST 관측 데이터를 초기 블랙홀이 어떻게 형성됐는지 설명하는 데 사용할 수 있을 것"이라며 "이를 통해 블랙홀이 우주 역사가 수억 년밖에 안된 시점에 어떻게 성장하고 진화했는지에 대한 모델을 수정해나갈 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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