우주 나이 10억살 때 만들어진 거대질량 블랙홀 천체 발견

천문硏-서울대 연구진 "128억년 전 초기 우주 빛의 원천 추정"

국내 연구진이 세계 최대급 천문대 제미니(Gemini) 망원경을 이용해 빅뱅(Big Bang) 후 10억년이 지난 뒤 만들어진 거대질량 블랙홀 천체인 퀘이사를 발견했다.

한국천문연구원(KASI·원장 한인우)은 9일 은하진화그룹 김민진 박사팀과 서울대 초기우주천체연구단 임명신 교수팀이 중심부에 태양 질량의 10만∼100만 배 가량거대 블랙홀이 있는 것으로 추정되는 퀘이사(IMS J2204+0111)를 발견했다고 밝혔다.

연구진은 이 발견은 빅뱅 이후 약 10억년께 어두웠던 초기 우주를 밝힌 원인 천체가 무엇인지 규명하는 데 중요한 역할을 할 것이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 '천체물리학 저널 레터'(Astrophysical Journal Letters) 10일자에 게재될 예정이다.

우주는 빅뱅 후 수억 년이 지난 뒤 초기 천체들이 탄생하면서 서서히 밝아진 것으로 알려졌다. 하지만 그 시기 빛의 주 원천이 어떤 천체였는지는 여전히 논의가진행되고 있다.

후보 중 하나가 퀘이사이다. 퀘이사는 은하 중심에 있는 초거대질량 블랙홀 주변으로 별과 가스가 떨어질 때 나오는 마찰열로 은하보다 수배∼수백배 밝게 빛나는천체이며, 초기 우주 빛의 주원천 후보로 거론된다.

하지만 초기 우주 빛의 주원천이 퀘이사였는지 알아내려면 초기 우주에 퀘이사가 얼마나 많았는지 알아야 한다.

퀘이사 빛의 대부분을 차지하는 것으로 추정되는 은하보다 10배 정도 밝은 '보통 밝기 퀘이사' 수를 알아내는 게 중요하지만 초기 우주의 '보통 밝기 퀘이사'는매우 멀리 있기 때문에 어둡고 드물어 발견하기 매우 어렵다.

연구진은 2010년부터 광시야 적외선 관측이 가능한 UKIRT 4m 망원경과 미국 맥도널드 천문대 2.1m 망원경, 하와이 CFHT 3.6m 망원경 등으로 초기 우주 퀘이사 후보를 탐색해 왔다.

IMS(Infrared_Medium-deep Survey)로 명명된 이 탐사로 퀘이사 후보 천체를 선별해온 연구진은 올해 세계 최대급 구경 8ｍ미터 망원경 두 대를 보유한 제미니 천문대 관측시설을 이용해 세계에서 3번째, 한국에서는 처음으로 초기 우주 보통 밝기퀘이사를 발견했다.

연구진이 IMS J2204+0111 퀘이사와 다른 퀘이사 후보 천체들로부터 우주 초기보통밝기 퀘이사의 수밀도를 추정한 결과 우주 초기 빛 중에서 퀘이사가 차지하는비율은 10% 미만으로 나타났다.

이는 빅뱅 후 약 10억 년에 일어나 은하 구조 형성에 중요한 역할을 한 우주물질 재이온화 과정에 퀘이사 빛이 큰 역할을 하지 않았음을 보여주는 것으로 초기 우주 천체 형성과정에 중요한 단서를 제공한다고 연구진은 설명했다 연구진은 또 초기 우주 퀘이사 발견은 앞으로 초기 우주 천체의 역사를 제대로이해하는 발판을 제공한다는 점에서도 의의가 있다며 앞으로 '보통 밝기 퀘이사'를추가로 발견하고 질량을 측정하면 빅뱅 후 10억 년이라는 짧은 시간 안에 어떻게 거대질량 블랙홀이 많이 형성될 수 있었는지에 대한 해답도 얻을 수 있을 것이라고 덧붙였다.

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