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엄청난 속도로 ‘폭식’하는 블랙홀을 천문학자들이 발견했다고 미국 사이언스데일리 등 과학매체가 3일(현지시간) 보도했다.
이번 발견은 물질이 부족한 초기 우주에 블랙홀이 어떻게 매우 빠르게 성장할 수 있었는지 이해하는 것을 도울 수 있다.
과학자들은 이미 은하들 중심에 거주하며 질량이 수백에서 수천 배인 초질량 블랙홀들이 자신의 중력으로 막대한 양의 가스와 먼지를 빨아들여 집어삼키는 것을 알고 있다.
이런 막대한 양의 물질이 흡수될 때는 수십억 광년 떨어진 거리에서도 밝은 빛이 목격되는데 이를 퀘이사라고 부른다.
블랙홀은 빛조차 흡수할 정도로 중력이 강하지만 퀘이사의 빛은 그 영향에서 벗어날 수 있는 ‘사건 지평선’ 외부에 있는 원반에서 발생하는 것이다.
이번 결과는 일부 퀘이사 속 블랙홀은 기존 생각보다 훨씬 더 많은 물질을 집어삼킬 수 있음을 보여준다.
연구를 이끈 미국 펜실베이니아주립대의 빈 루오 박사는 “이런 블랙홀은 일반적인 것보다 최소 5~10배 더 빠른 엄청난 속도로 ‘식사’하는 것으로 나타났다”고 설명했다.
연구팀은 찬드라 X선 망원경으로 관측한 자료 가운데 지구로부터 50억~115억 광년 거리에 있는 퀘이사 51개에 주목했다. 이런 퀘이사는 자외선 파장에서 탄소와 같은 특정 원소를 방출한다.
조사결과는 이들 퀘이사의 약 65%가 일반 퀘이사보다 평균 40배 더 희미하게 보이는 것으로 나타났다.
이런 천체로부터 나오는 희미한 탄소와 X선상의 흐름은 초질량 블랙홀이 얼마만큼의 물질을 흡수하는지 아는 데 중요한 단서가 될 수 있다.
공개된 사진은 컴퓨터 시뮬레이션으로, 얇은 원반은 블랙홀을 향해 소용돌이치며 흡수되는 물질로, 유입량이 적은 것을 보여준다.
반대로 유입량이 많아지면, 원반은 높은 방사압 때문에 도넛처럼 극적으로 부풀어 오르는데 이를 토러스라고도 부른다.
원반은 블랙홀의 중력과 방사선 압력 사이의 균형으로 유지된다.
연구에 참여한 펜실베이니아주립대의 니엘 브란트 교수는 “두꺼운 원반에 수직 방향으로 더 많은 방사선이 방출하는 것은 더 빠른 속도로 물질을 흡수하는 것”이라고 설명했다.
즉 이런 두꺼운 원반을 가진 퀘이사에는 유달리 빠른 속도로 성장하는 블랙홀이 숨겨져 있을 수 있다는 것이다.
이번 연구와 기존 다른 연구들은 빅뱅 이후 10억 년쯤인 초기 우주에 그런 거대한 블랙홀이 더 흔하게 존재했음을 보여준다.
한편 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실릴 예정이다.
사진=NASA
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
