하루에 태양 1개와 맞먹는 질량의 주변 물질을 먹어 치우는 초대형 퀘이사(Quasar J0529-4351)가 포착됐다. 중심에 태양 170억~190억 배 크기 블랙홀이 있는 것으로 추정되는 이 퀘이사는 지금까지 발견된 것 중 가장 밝고 빠르게 성장하는 천체로 추정된다.

준항성상 천체 (Quasi Stellar Object)를 뜻하는 퀘이사는 우주의 먼 거리(6억~300억 광년)에서 발견되는 활동적인 초대질량 블랙홀을 포함한 특이 천체다.

20일 호주 국립대(ANU) 크리스천 울프 교수팀은 과학 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에서 2022년 발견된 퀘이사 J0529-4351에 대한 추가 관측과 모델 실험을 통해 이 퀘이사가 지금까지 발견된 것 중 가장 밝고 빠르게 성장하는 천체일 가능성이 있음을 확인했다고 밝혔다.

▲ 퀘이사 J0529-4351. 칠레 북부 세로톨로로 천문대 블랑코 망원경의 암흑에너지 카메라(DECam)에 포착된 퀘이사 'J0529-4351'(촬영 넓이 20arcse×20acrsec). 주황색은 이웃의 적색왜성(M-type star)

막대한 양의 에너지를 내뿜는 퀘이사는 발견 초기에는 가까운 곳에 있는 별로 오인되기도 했으나 그동안 연구에서 중심부에 주변 물질을 빨아들이는 '부착'(accretion) 과정을 통해 빠르게 성장하는 초질량 블랙홀이 있는 천체로 밝혀졌다.

그동안 심우주 탐사가 진행되고 새로운 관측 방법 등이 등장하면서 지금까지 발견돼 목록에 올라 있는 퀘이사는 모두 100만여 개에 이른다.

연구팀은 그러나 가장 드물고 가장 밝은 종류의 퀘이사가 오히려 발견하기 어려운 것으로 보인다며 이번 연구 대상인 퀘이사 J0529-4351 역시 2022년 6월 새로운 퀘이사 후보 탐색 과정에서 적색편이 z=3.9 위치에서 발견됐지만 당시 우리은하 내의 별로 잘못 분류됐다고 말했다.

연구팀은 이 연구에서 칠레에 있는 유럽 남방천문대(ESO) 초거대망원경(VLT)을 사용해 광학 및 근적외선 파장에서 J0529-4351을 추가로 관측하고 블랙홀 원반(black hole disk) 모델을 사용해 퀘이사의 특성을 분석했다.

그 결과 이 퀘이사 중심부의 블랙홀은 연간 태양 질량 370개, 즉 하루 태양 1개 질량에 맞먹는 물질을 빨아들이고 있는 것으로 분석됐다. 또 블랙홀의 현재 질량은 태양의 170억~190억 배에 달하는 것으로 나타났다.

연구팀은 관측된 퀘이사가 중간에 있는 천체의 강력한 중력렌즈(gravitational lense) 영향을 받은 게 아니라면 지금까지 발견된 모든 퀘이사 중 가장 밝고 성장 속도가 가장 빠른 퀘이사일 것으로 추정된다고 밝혔다.

이어 이 퀘이사의 중심부 블랙홀이 별이나 부착원반이 가질 수 있는 이론적 질량 상한선인 에딩턴 한계(Eddington limit)에 가까워지고 있다며 더 정확한 성장 속도를 밝히기 위해서는 더 많은 연구와 관측이 필요하다고 말했다.

또 향후 10년간 퀘이사를 반복 관측해 우주가 팽창하는 것을 관찰하는 연구가 진행될 것이라며 퀘이사 J0529-4351은 ESO가 칠레 아타카마 사막에 건설 중인 주경 39ｍ 극대망원경(ELT)을 활용한 장기 관측에서 중요한 부분이 될 것이라고 덧붙였다.

◆ 출처 : Nature Astronomy, Christian Wolf et al., 'The accretion of a solar mass per day by a 17-billion solar mass black hole', https://www.nature.com/articles/s41550-024-02195-x

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