128억년 전 우주 태초의 빛 `퀘이사(Quasar)`

우주 생성 초기인 빅뱅 후 10억년 시기의 빛을 국내 연구진이 관측하는데 성공했습니다. 이는 우주 초기 천체의 역사를 이해할 중요한 단서가 될 것으로 기대됩니다. 한국천문연구원(천문연)은 국내 연구진이 128억 년 전의 ‘거대질량 블랙홀’ 천체인 ‘퀘이사’를 세계에서는 3번째, 한국에서는최초로 발견했다고 9일 밝혔습니다.

거대질량 블랙홀은 무게가 태양 질량의 백만 배에서 백억 배에 이르며 보통 은하 중심에 위치하고 있다고 알려져 있고, 거대 질량 블랙홀 주위에 물질이 유입되면 강착원반이 생기는데, 여기서 강한 빛이 나옵니다. 초거대 블랙홀의 존재를 알려주는 이러한 발광 천체가 `퀘이사`입니다.

퀘이사는 빅뱅 이후 약 10억년 시기의 어두웠던 초기 우주를 밝힌 원인 천체가 무엇인지 규명하는데 단서 역할을 할것으로 꼽히는 존재입니다. 우주는 빅뱅이후 수 억 년이 지난 후 최초의 천체들이 탄생하면서 서서히 밝아진 것으로 알려져 있지만, 그 시기의 빛의 주 원천이 되는 천체는 무엇인지에 대해선 아직 논의가 진행 중...

한국 연구진이 관측한 퀘이사의 이미지.
멀리 떨어져 있기 때문에 매우 붉게 보인다.

퀘이사는 바로 그 후보 중 하나. 퀘이사는 은하 중심에 위치한 초거대질량 블랙홀 주변으로 별과 가스가 떨어질 때 나오는 마찰열에 의해 은하보다 수 배에서 수백 배나 밝게 빛나기 때문에 초기 우주 빛의 주원천이 됐을 가능성이 높게 꼽히는 천체입니다.

이를 알아내기 위해선 초기우주에 퀘이사가 얼마나 많이 존재했는지 알아야 하는데 특히 퀘이사 빛의 대부분을 차지하는 것으로 추정되는 ‘보통 밝기 퀘이사’(은하보다 10배 정도 더 밝은 퀘이사)의 수를 알아내는 것이 중요합니다. 하지만, 초기우주의 ‘보통 밝기 퀘이사’는 매우 멀리 있어 어둡고 드물기 때문에 발견하기가 매우 어렵습니다.

연구진은 이번에 발견된 퀘이사를 IMS J220417.92+011144.8(약자: IMS J2204+0111)이라 명명했는데 이 퀘이사의 중심부에는 태양 질량의 약 십만에서 백만 배가량 되는 거대질량 블랙홀이 있는 것으로 추정됩니다. 특히 이 IMS J2204+0111 퀘이사와 다른 퀘이사 후보 천체들로부터 우주 초기 보통 밝기 퀘이사의 수밀도를 추정한 결과, 우주 초기의 빛 중에서 퀘이사가 차지하는 비율이 10% 미만으로 그다지 많지 않음을 밝혀 냈습니다.

헤럴드 경제 / 이형석 기자
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