초대질량 블랙홀은 우주 최초의 은하 중 일부로 거슬러 올라가는 모든 은하의 중심에 존재하는 것으로 보입니다. 우리는 그들이 어떻게 거기에 도착했는지 전혀 모릅니다. 초신성 잔해에서 지금처럼 빠르게 거대한 크기로 성장하는 것은 불가능해야 합니다. 우리는 기하급수적인 성장이 필요하지 않을 만큼 충분히 큰 것을 형성할 수 있는 다른 메커니즘을 알지 못합니다.
초기 우주에서 초대질량 블랙홀이 명백히 불가능하다는 점은 이미 문제였습니다. 제임스 웹 우주 망원경은 초거대 블랙홀이 있는 은하의 이전 사례를 발견함으로써 상황을 더욱 악화시켰습니다. 최근 사례에서 연구자들은 Webb를 사용하여 빅뱅 이후 약 7억 5천만 년 전에 존재했던 초대질량 블랙홀에 의해 구동되는 퀘이사를 특성화했습니다. 그리고 그것은 놀랍게도 정상처럼 보입니다.
시간을 되짚어보면
퀘이사는 우주에서 가장 밝은 물체로, 초대질량 블랙홀에 의해 활발히 연료를 공급받습니다. 그들을 둘러싸고 있는 은하계는 그들에게 밝은 강착 원반과 강력한 제트를 형성하기에 충분한 물질을 제공하며, 둘 다 엄청난 양의 방사선을 방출합니다. 블랙홀에서 방출되는 에너지의 일부를 흡수하여 빛을 내는 먼지로 부분적으로 덮여 있는 경우가 많습니다. 이 퀘이사는 너무 많은 방사선을 방출하여 결국 근처의 일부 물질을 은하계 밖으로 완전히 밀어냅니다.
따라서 초기 우주에 이러한 특징이 존재한다는 것은 초대질량 블랙홀이 초기 우주에 존재했을 뿐만 아니라 최근에 은하계에도 통합되었다는 것을 말해줍니다. 그러나 그들의 공부는 매우 어려웠습니다. 우선, 우리는 그 중 많은 것을 식별하지 못했습니다. 우주가 8억년 전으로 거슬러 올라가는 퀘이사는 단 9개뿐입니다. 이 거리 때문에 특징을 발견하기가 어렵고, 우주 팽창으로 인한 적색편이는 많은 원소로부터 강렬한 자외선 복사를 가져와 심적외선까지 확장시킵니다.
그러나 Webb 망원경은 이 방사선이 나타나는 적외선 파장에 대한 감도를 통해 초기 우주의 물체를 감지하도록 특별히 설계되었습니다. 따라서 새로운 연구는 Webb이 발견된 9개의 퀘이사 중 첫 번째 J1120+0641을 가리키는 데 의존합니다.
그리고 그것은… 놀랍게도 정상인 것 같습니다. 아니면 적어도 우주 역사상 가장 최근의 퀘이사와 매우 유사합니다.
대부분 정상
연구자들은 퀘이사에서 나오는 방사선의 연속성을 분석하여 후기 퀘이사에서 볼 수 있듯이 퀘이사가 뜨겁고 먼지가 많은 물질 덩어리에 묻혀 있다는 명확한 징후를 발견했습니다. 이 먼지는 현대의 일부 퀘이사보다 조금 더 뜨겁지만, 이는 우주 역사의 초기 단계에 있는 이들 물체의 공통된 특징인 것으로 보입니다. 강착 원반의 방사선도 방출 스펙트럼에 나타납니다.
10도 영역의 블랙홀에 대한 대량 생산 값을 추정하는 다양한 방법9 태양 질량의 몇 배나 되는 질량으로, 초거대 블랙홀 영역에 있는 것이 분명합니다. 일부 방사선의 약간의 청색 이동으로 인해 퀘이사가 초당 약 350km의 속도로 물질을 날려 보내고 있다는 증거도 있습니다.
몇 가지 이상한 점이 있습니다. 첫 번째는 물질도 초당 약 300km의 속도로 안쪽으로 떨어지는 것으로 보인다는 것입니다. 이는 강착 원반에서 물질이 우리에게서 멀어지는 방향으로 회전하기 때문에 발생할 수 있습니다. 그러나 만약 그렇다면, 디스크 반대편에서 우리를 향해 회전하는 물질에 의해 충족되어야 합니다. 이것은 매우 초기 퀘이사에서 여러 번 목격되었지만 연구자들은 “이 효과의 물리적 기원은 알려져 있지 않다”고 인정했습니다.
그들이 설명으로 제안하는 한 가지 옵션은 이전에 다른 초거대 블랙홀과의 합병으로 인해 은하 중심의 위치에서 충격을 받아 전체 퀘이사가 움직이고 있다는 것입니다.
또 다른 이상한 점은 고도로 이온화된 탄소의 흐름이 극도로 빠르며 나중에 퀘이사보다 두 배 빠른 속도로 움직인다는 것입니다. 우리는 이것을 이전에 본 적이 있지만 이에 대한 설명도 없습니다.
어떻게 이런일이 일어 났습니까?
이상한 점에도 불구하고 이 물체는 최근의 퀘이사와 매우 유사합니다. “우리의 관찰에 따르면 먼지로 뒤덮인 토러스와 [accretion disk] 주변에서 스스로를 증명할 수 있습니다. [supermassive black hole] “빅뱅 이후 7억 6천만도 채 되지 않습니다.”
다시 말하지만, 이것은 우주 역사 초기에 자신의 은하계에 내장된 초대질량 블랙홀의 존재를 암시하기 때문에 약간의 문제입니다. 여기에 표시된 크기에 도달하기 위해 블랙홀은 에딩턴 한계(Eddington Limit)라고 불리는 한계에 도달합니다. 이는 결과적인 방사선이 근처의 물질을 추방하여 블랙홀의 식량 공급을 질식시키기 전에 끌어올 수 있는 물질의 양입니다.
이는 두 가지 옵션을 제안합니다. 첫 번째는 이 물체들이 대부분의 역사 동안 에딩턴 한계를 훨씬 넘어서는 물질을 흡수했다는 것인데, 이는 우리가 관찰하지 못한 것이며 이 퀘이사에 대해서는 확실히 사실이 아닙니다. 또 다른 옵션은 그들이 거대하게 시작했다는 것입니다(대략 10시쯤).4 태양 질량의 배) 더 합리적인 속도로 계속해서 먹이를 먹습니다. 그러나 우리는 이렇게 큰 것이 어떻게 형성될 수 있는지 실제로 알지 못합니다.
그러므로 초기 우주는 다소 혼란스러운 곳으로 남아있습니다.
자연천문학, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02273-0 (디지털 ID 정보)
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”