그림 1 퀘이사 J0529 <사진출처=ESO>
2024년 호주 국립대는 우주에서 가장 밝은 천체를 발견했습니다. 태양의 500조배의 밝기를 가진 천체는 ‘J0529’라고 불리는 퀘이사입니다. 해당 천체는 1980년대부터 관측이 되어왔지만 과거에는 밝기 때문에 해당 천체를 우리 은하에 포함된 별이라고 생각했습니다. 하지만 연구팀은 이 천체의 적색편이를 확인하면서 이 천체가 지구로부터 멀리 떨어진 우리은하 밖의 천체임을 확인합니다. 그리고 더 정밀한 관측을 위해 유럽남방천문대의 VLT 망원경을 이용하여 관측한 천체는 퀘이사라는 결론에 도달하게 됩니다.
관측을 통해 J0529는 현재 관측된 퀘이사 중 가장 크고 가장 밝은 천체로 확인되었습니다. J0529의 중심에는 초거대질량 블랙홀이 있고 그 주위를 강착원반이 감싸고 있는데 강착원반의 크기가 무려 7광년이나 되며, 그 밝기는 태양의 500조배로 확인되었습니다. 그리고 연구초기에는 이렇게 밝고 큰 퀘이사이기 때문에 내부의 블랙홀은 태양 질량의 170억배 무거운 블랙홀을 예상했지만 최근 연구에서 그 질량이 태양의 8억배로 줄어들었습니다.
블랙홀의 질량은 블랙홀을 공전하는 강착원반의 물질의 속도를 통해서 구할 수 있습니다. 공전속도가 빠르면 빠를수록 그 질량도 무거운 것을 나타냅니다. 이러한 공전속도는 강착원반의 스펙트럼을 관측하면 됩니다. 블랙홀을 공전하는 강착원반에서 나오는 빛은 주변의 가스를 이온화시키는데 이때 방출선이 나옵니다. 지구에서 해당 천체를 바라볼 때 강착원반이 회전하는데 이때 지구에 가까워질 때는 청색편이가 나타나며 멀어지는 경우에는 적색편이가 나타납니다. 이를 도플러효과라고 합니다. 회전 속도에 의해 도플러편이가 합쳐지는데 속도가 빠를수록 방출선의 선폭이 넓게 나타나게 됩니다. 따라서 방출선의 선폭으로 공전속도를 알고 이를 통해서 블랙홀의 질량을 추정할 수 있습니다. J0529 역시 이러한 방법으로 방출선을 확인했을 때 굉장히 빠른 공전속도를 가졌고, 이러한 속도를 가지기 위해서는 블랙홀의 질량도 굉장히 커야한다는 것을 암시했습니다. 속도를 바탕으로 추정한 블랙홀의 질량은 태양의 약 170억배 질량으로 확인되었습니다.
하지만 최근 연구에서 이 값을 뒤엎는 태양의 약 8억배 질량으로 수정되었습니다. 이는 방출선이 왜곡되었기 때문인데, 방출선의 선폭에 영향을 주는 것은 회전속도 뿐이 아니었습니다. 블랙홀은 모든 것을 다 빨아들인다고 여겨지지만 블랙홀의 강한 중력이 강착 원반 내의 물질을 파괴시키면서 물질이 블랙홀의 사건의 지평선에 도달하기 전 가스의 형태로 분출될 수 있습니다. 이를 제트라고 합니다. J0529의 제트는 초속 10,000km의 아주 빠른 속도로 뿜어져 나오며, 바로 이 제트가 방출선의 선폭이 넓게 만든 장본인입니다. 연구진은 이 부분을 보정하여 다시 블랙홀의 질량을 구했고 그 결과 블랙홀의 질량은 태양 질량의 8억배로 줄어들게 되었습니다.
천문학자들은 J0529를 통해서 초거대질량 블랙홀의 진화 과정을 이해하려고 합니다.
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