우주의 과거사를 품은 퀘이사

퀘이사란 무엇인가?

퀘이사는 너무 밝게 빛나서 그들을 포함하고 있는 고대 은하까지 일식을 일으킬 수 있다. 또한 우리 태양보다 10억 배나 큰 블랙홀 안에서 움직이며 까마득히 멀리 있다. 이 신비로운 천체는 반세기 전 처음 발견된 이후부터 천문학자들의 큰 관심거리가 되었다. 독일 막스 플랑크 천문연구소의 천문학자 브람 베네만스에 따르면, 퀘이사는 가장 밝고 가장 먼 것으로 알려진 천체 중 하나이며 초기 우주를 이해하는 데 매우 중요하다.

퀘이사를 발견하다

1930년대에 벨 전화 연구소의 물리학자 칼 얀스키는 대서양 횡단 전화선에 대한 간섭이 은하수에게서 오고 있다는 것을 발견했다. 1950년대까지 천문학자들은 전파망원경을 사용하여 하늘을 탐사하고 그 신호를 하늘에 대한 가시적인 조사와 결합했다. 그러나 점만큼 더 작은 개체 중 일부는 일치하는 항목이 없었다. 이 신호들이 별처럼 한 곳에서 왔기 때문에 천문학자들은 이들을 '별에 준하는 전파원' 또는 '준성(퀘이사)'이라고 불렀다. 하지만 일본 국립천문대에 따르면, 퀘이사의 약 10%만이 강한 전파를 방출한다고 하니 이 이름은 잘못된 것일지도 모른다. 이름을 붙이는 것은 퀘이사가 무엇인지 확인하는 데 큰 도움이 되지 않았다. 별을 나타내는 것처럼 보였던 이 먼 점들이 빛의 속도만큼 가속된 입자들에 의해 생성된다는 것을 알아내는 데는 수년의 연구가 더 필요했다. 이제 과학자들은 이 작고 반짝이는 점들이 실제로 은하핵이 숙주 은하를 비추는 신호라고 추측하고 있다. 퀘이사는 오직 태양의 수십억 배의 질량을 가진 블랙홀인 초질량 블랙홀을 가진 은하에서만 산다. 비록 빛이 블랙홀 자체에서 빠져나올 수는 없지만, 어떤 신호들은 그것의 가장자리에서 벗어나곤 한다. 일부 먼지와 가스가 블랙홀로 떨어지는 동안, 다른 입자들은 빛의 속도로 블랙홀로부터 멀리 가속된다. 입자들은 우주에서 가장 강력한 입자 가속기에 의해 운반되는 위아래의 제트의 블랙홀로부터 멀리 흘러간다. 맥스 플랑크 천문연구소의 천문학자 파비안 월터에 따르면, 퀘이사는 물질의 대규모 밀도가 평균보다 훨씬 높은 우주의 지역에서 형성되는 것으로 여겨진다. 은하수에도 오랫동안 퀘이사를 있었는지도 모른다.

과거의 비밀을 가진 퀘이사

우주에서 물체를 연구하는 것은 타임머신처럼 기능하다. 왜냐하면 우주여행에 빛의 시간이 걸리기 때문이다. 빛이 우리 눈에 도달하면 우리는 사물을 볼 수 있다. 멀리 있는 물체일수록 빛이 우리 눈까지 여행하는 데에 오랜 시간이 걸린다. 그러므로 과학자들이 멀리 볼수록 그들이 볼 수 있는 시간은 더 먼 과거로 돌아간다. 대부분의 퀘이사는 수십억 광년 떨어진 곳에서 발견되었다. 알려진 2,000개 이상의 퀘이사 대부분은 은하의 초기에 존재했다. 2017년 12월, 지구에서 130억 광년 이상 떨어진 곳에 있는 퀘이사가 발견되었다. 과학자들은 빅뱅 이후 6억 9천만 년 만에 나타난 이 퀘이사를 J1342+0928이라고 했다. 이 어린 퀘이사는 은하가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지에 대한 정보를 보여줄 수 있다.

퀘이사의 에너지

퀘이사는 수백만, 수십억 또는 심지어 수조 개의 전자볼트의 에너지를 방출한다. 이 에너지는 은하 내 모든 별의 총 광도를 초과한다. 우주에서 가장 밝은 물체들은 은하수보다 10만 배 더 밝게 빛난다. NASA에 따르면, 퀘이사들은 우리 은하의 전체 에너지 생산량의 수백 또는 수천 배에 달하는 에너지를 방출할 수 있어, 우주에서 가장 빛나고 에너지 넘치는 물체 중 하나가 될 수 있다. 예를 들어, 만약 하늘에서 가장 밝은 물체 중 하나인 고대 퀘이사 3C 273이 지구에서 30광년 떨어진 곳에 있다면, 그것은 하늘에서 태양처럼 밝게 보일 것이라고 한다.

퀘이사를 연구하는 것은 그들을 포함하고 있는 초거대 블랙홀의 질량과의 관계 때문에 오랫동안 어려운 과제였다. 가장 큰 블랙홀의 무게를 재는 새로운 방법이 최근에 제시되었다. 이는 천문학의 큰 발전이며, 이러한 측정이 퀘이사에 대한 더 많은 정보와 우주의 비밀을 풀 수 있는 열쇠가 될 수 있을 것이다.