제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 우주의 이전 초대질량 블랙홀 중 일부를 둘러싼 별에서 나오는 빛을 관찰했습니다. 블랙홀은 빅뱅 이후 10억 년이 채 지나지 않은 것으로 보입니다.
MIT(매사추세츠 공과대학) 팀의 관찰은 은하 중심에 있는 이 우주 거인들이 어떻게 태양의 수백만(때로는 수십억)에 해당하는 거대한 질량으로 성장하는지에 대한 질문을 다루고 있습니다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 어떻게 그렇게 빨리 성장했을까요? 결과는 또한 퍼즐에 답할 수도 있습니다. 은하계인가, 초대질량 블랙홀인가, 무엇이 먼저 왔는가?
MIT 팀이 관찰한 초대질량 블랙홀은 주변 물질을 끝없이 빨아들이면서 강착원반이라고 불리는 물질 원반에 엄청난 조석력을 생성하여 원반 자체가 빛나게 만듭니다. 이 먹이 상태는 활동 은하의 중심에 위치한 퀘이사라고 불리는 물체에 힘을 실어줍니다. 퀘이사는 우주에서 가장 밝은 물체 중 하나이며 일부는 너무 밝아서 주변 은하계의 모든 별의 빛을 합친 것보다 더 밝습니다.
초대질량 블랙홀 역시 신비에 싸여 있습니다. 특히 우주의 역사인 138억년보다 10억년 먼저 볼 때 더욱 그렇습니다. 과학자들이 시간이 지남에 따라 초거대 블랙홀이 성장한다고 믿는 지속적인 블랙홀 합병 과정이 시작되는 데 수십억 년이 걸리기 때문입니다. 그렇다면 빅뱅이 일어난 지 약 10억 년 후에 어떻게 이 거대한 공극이 존재할 수 있었을까요?
글쎄요, 한 가지 제안은 그들이 소위 “무거운 씨앗” 블랙홀에서 형성되어 유리한 출발을 했다는 것입니다.
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MIT 팀은 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 6개의 고대 퀘이사를 호스팅하는 은하의 별에서 나오는 희미한 빛을 관찰하여 초기 우주의 초대질량 블랙홀이 실제로 무거운 씨앗에서 자랐다는 증거를 처음으로 수집했습니다.
MIT 물리학과 조교수인 안나-크리스티나 엘러스(Anna-Christina Ehlers)는 “이 블랙홀은 우주가 아직 초기 단계에 있을 때 태양보다 수십억 배 더 크다”고 말했습니다. 그는 성명에서 말했다. “우리의 결과는 초기 우주에서 초대질량 블랙홀이 모은하보다 먼저 질량을 얻었을 수 있으며, 원시 블랙홀 씨앗은 오늘날보다 더 질량이 클 수 있음을 시사합니다.”
무엇이 먼저 나왔나요? 블랙홀인가 아니면 은하계인가?
1960년대에 발견된 퀘이사의 강렬한 밝기는 처음에는 별과 같은 점 하나에서 발생하는 것으로 생각되었습니다. 이로 인해 “퀘이사”라는 용어를 번역한 “퀘이사”라는 이름이 생겼습니다. 그러나 연구자들은 퀘이사가 실제로 은하 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀에 엄청난 양의 물질이 축적되어 발생한다는 사실을 곧 발견했습니다.
그러나 이 물체들은 별들로 둘러싸여 있기 때문에 훨씬 더 희미하고 관찰하기가 더 어렵습니다. 이는 이 별빛이 별 주위를 공전하는 퀘이사의 더 밝은 빛에 의해 씻겨 나가기 때문입니다. 따라서 퀘이사에서 나오는 빛과 주변 별에서 나오는 빛을 분리하는 것은 쉽지 않으며, 마치 약 1마일 떨어진 등대 램프 위에 앉아 있는 반딧불이의 빛을 보는 것과 같습니다.
그러나 제임스 웹 우주 망원경은 이전의 어떤 망원경보다 시간을 더 거슬러 여행할 수 있는 능력과 높은 감도 및 해상도 덕분에 이러한 도전을 덜 어렵게 만들었습니다. 따라서 MIT 팀은 약 130억년 전 고대 은하계의 6개 퀘이사에서 지구로 이동하는 빛을 관찰할 수 있었습니다.
MIT 카블리 우주물리연구소 박사후 연구원인 밍하오 유(Minghao Yu) 팀 멤버는 “퀘이사는 모은하보다 훨씬 더 밝다. 이전 이미지는 모든 별이 포함된 모은하의 모양을 식별할 만큼 선명하지 못했다”고 말했다. 연구. 그는 말했다. “이제 처음으로 우리는 이 퀘이사에 대한 가장 선명한 JWST 이미지를 조심스럽게 제작하여 이 별에서 나오는 빛을 감지할 수 있게 되었습니다.”
JWST 데이터에는 다양한 파장에 걸쳐 6개 퀘이사의 빛 방출 각각에 대한 측정값이 포함되어 있습니다. 그런 다음 이 정보는 이 빛의 양이 블랙홀 주변의 강착 원반인 소형 점광원에 기인할 수 있는 양과 더 확산된 광원(은하 주위에 흩어져 있는 별)에 기인할 수 있는 양이 얼마나 되는지를 자세히 설명하는 컴퓨터 모델에 입력되었습니다. .
빛을 두 개의 소스로 분할함으로써 팀은 이 은하계에 있는 두 요소의 질량을 추론할 수도 있었습니다. 이를 통해 초대질량 블랙홀의 질량은 주변 별 질량의 약 10%에 해당한다는 사실이 밝혀졌습니다.
이것이 별에 유리한 큰 불균형처럼 보일 수 있지만, 현대 은하계의 중심 초대질량 블랙홀의 질량이 주변 은하계 별 질량의 0.1%에 불과하다는 것을 고려하십시오.
“이것은 우리에게 무엇이 먼저 자라는지에 대해 알려줍니다. 먼저 자라는 것은 블랙홀이고 그 다음은 은하계입니까? 아니면 먼저 자라는 은하계와 별들이 블랙홀의 성장을 지배하고 조절합니까?” 엘러스는 말했다. “우리는 초기 우주의 블랙홀이 모은하보다 더 빠르게 성장하는 것으로 보입니다.
“이것은 원시 블랙홀 씨앗이 그 당시 훨씬 더 컸을 수 있다는 예비 증거입니다.”
“우주가 나타난 후 물질을 소비하고 매우 짧은 시간에 성장한 원시 블랙홀이 있었습니다. 가장 큰 질문 중 하나는 이 거대한 블랙홀이 어떻게 그렇게 크고 빠르게 성장할 수 있는지 이해하는 것입니다.”라고 Yu는 결론지었습니다. “처음 10억년 동안 블랙홀이 모은하보다 더 빨리 질량을 얻게 하는 어떤 메커니즘이 있어야 합니다.
“이것은 우리가 보고 있는 최초의 증거이며 매우 흥미롭습니다.”
팀의 결과는 다음에 게시됩니다. 천체 물리학 저널.
“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.”