초거대 블랙홀 퀘이사에 대하여

목차
1. 퀘이사 이름의 유래
2. 우주 초기의 천체들
3. 초거대질량 블랙홀

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 퀘이사 이름의 유래

퀘이사는 초거대질량을 가진 블랙홀을 의미한다. 이러한 퀘이사는 그 밝기가 태양의 최대 700조 배에 달한다고 알려져 있으며, 빛을 내는 모든 파장영역에서 엄청난 양의 에너지를 방출함으로 인해서 지구에서 아주 먼 거리 있음에도 불구하고 관측이 가능한 천체 중의 하나이다. 퀘이사는 처음에 은하와 같이 넓게 펼쳐져서 보이는 천체가 아니라 별처럼 하나의 발광하는 천체로 보이는 전파원이라는 뜻의 quasi-stellar radio source의 약자로서 quasar라는 명칭이 붙여졌다. 그렇지만 퀘이사는 전파만을 방출하는 천체는 아니다. 퀘이사는 전파뿐만 아나라 거의 모든 파장대에서 아주 강력한 에너지를 방출하고 있어서 주성전파원이라는 단어를 쓰지 않고 단지 퀘이사라고만 불리고 있다.

 

2. 우주 초창기의 천체인 퀘이사

초창기의 우주 천체들은 우리 지구와 멀리 떨어지면 떨어질수록 우주 과거의 모습을 담고 있을 확률이 크며 이렇듯 아주 먼 거리에서 관측되는 퀘이사들은 우리가 관측할 수 있는 천체들 중에서 대체적으로 우주의 초창기에 생겨났을 가능성이 있다고 추측되어지고 있다. 초창기에 과학자들은 퀘이사들을 관측할 때 아주 밝은 빛을 내는 항성이라고 생각하였다. 이 퀘이사들은 은하들과는 달리 보기에도 별처럼 보였고 밝기 또한 변화를 일으켜서 우리 은하 내에 존재하는 별이라고 생각되었었다. 하지만 나중에는 이 퀘이사들이 우리 은하에 속해 있지 않고 아주 먼 거리에 떨어져 있는 천체라는 것이 밝혀졌다. 이상하게도 퀘이사는 우리와 아주 멀리 떨어져 있는데도 밝게 빛난다면 우리 은하 보다도 훨씬 더 밝아야 된다는 점 때문에 논란이 되곤 했었다. 사실 블랙홀이라는 것도 1970년대 이전까지만 해도 이론상으로만 존재하던 천체였고, 퀘이사 또한 실체가 밝혀지지 않은 상태에서 여러 가지 가설들이 있었다. 실제 퀘이사는 우리 은하 내에 있는 중성자별의 일종이라는 주장이 있었다. 이것은 퀘이사에서 방출되는 아주 높은 적색 편이 현상 때문인데 이것은 강력한 중력장으로 인해 만들어지는 적색 편이라는 것이다. 하지만 퀘이사로부터 오는 빛이 은하단에 의해서 휘어지는 중력렌즈 효과가 관측되면서 이러한 주장도 폐기되었다. 즉 이러한 퀘이사들은 그러한 은하들의 훨씬 뒤편에서 그들의 빛이 전달되었다는 의미이고 훨씬 먼 거리에서 존재한다는 의미이기도 하였다. 

 

3. 초거대질량 블랙홀

현재까지 알려진 바에 의하면 퀘이사의 핵심에는 거대한 질량을 가진 블랙홀이 존재한다고 전해지고 있다. 이렇게 퀘이사의 중심에 블랙홀이 생기는 이유에 대해서는 밝혀진 바가 없지만 여전히 이 부분에 대해서는 활발히 연구가 진행 중에 있다. 과학자들이 몇 가지 가설을 세웠는데 그중 하나는 우주 탄생인 빅뱅 이후에 초창기의 별들이 초신성 폭발을 일으키면서 주변 가스들과 기타 먼지들이 뭉치게 되고 이렇게 뭉친 것들이 스스로의 중력에 의해 계속 모이게 되어 수십만 개 이상의 새로운 성단이 만들어지게 된다. 이러한 별들은 태양 질량의 거의 450배 이상 되는 아주 큰 별이 되는데 이 별들은 새로운 성단의 중심에 위치하고 있다. 이렇듯 초신성이 폭발을 일으키게 되면 태양 질량의 수십 배가 되는 블랙홀이 탄생하게 되는데 이러한 블랙홀은 태양보다도 훨씬 큰 크기와 질량을 가지고 있다. 가스나 먼지가 아주 밀집되어 있고 아주 큰 별들도 초신성 폭발을 일으키고 밀집된 부분의 자체 중력으로 인해 계속해서 가스가 유입이 돼서 이렇듯 아주 큰 별들이 탄생하기를 반복하기에 이른다. 이러한 과정이 계속되면 가스의 일부가 블랙홀 내부로 들어오게 되면서 결국에는 그 블랙홀이 아주 크게 성장하면서 거대 블랙홀인 퀘이사로 만들어지게 되는 것이다. 그리고 이러한 거대 질량 블랙홀들은 주변 블랙홀들에게도 영향을 받게 되는데 그 주위의 블랙홀들은 그 중심에 존재하였던 수많은 별들 중의 일부가 초신성 폭발을 일으키면서 형성된 새로운 성단의 중심에서 많은 블랙홀이 존재하기도 한다. 빅뱅 초장기에는 큰 별들이 새로 만들어지는 경우가 많았는데 이러한 큰 별들 중에서 대부분이 불안정한 초신성 폭발을 일으키게 되었고 나머지는 미약하게 초신성 폭발 이후에 블랙홀로 만들어지게 되었다. 그리고 그 나머지의 5%는 중성자별이나 백색왜성으로 진화하게 되었다. 이러한 블랙홀들이 그들 주변의 가스들을 흡수하면서 시간이 가면 갈수록 그 중심에 있는 블랙홀로 빠져들어가게 되는데 서로 블랙홀들이 합쳐지게 된다. 은하 내에 존재하는 중심 블랙홀은 그 주변에 존재하는 블랙홀들과 중성자별들의 폭발로 인한 가스를 흡수하면서 더욱더 커지게 되는 것이다. 초창기 우주에는 지금보다도 훨씬 가스 밀도 높았는데 블랙홀이 이러한 가스들을 흡수하면서 성장하기에 아주 좋은 조건이었다. 이미 110억 년 전에 우리 은하 중심의 블랙홀도 태양 질량의 약 400만 배가 넘어섰다고 알려지고 있다. 지금 현재의 우리 은하 중심의 블랙홀은 태양 질량의 약 431만 배 정도 된다. 일부 퀘이사들은 자신 주변의 질량이 비슷한 거대 은하들과 합쳐지는 경우도 있다. 초창기 우주에는 지금 보다도 밀도가 아주 높았으므로 은하들끼리 합쳐질 기회가 아주 많았었다. 이러한 퀘이사들의 밝기가 태양의 최대 1경에 이르기도 하며 이러한 엄청난 에너지가 한 곳에 밀집되어 있는 것은 블랙홀이 아니면 설명이 불가능하다. 이러한 퀘이사들은 우주나이 132억 년 전에 가장 왕성히 활동을 하였고 시간이 지나면서 서서히 줄어들게 되었다. 우주에서는 80억 년 전부터 이미 지금의 상태가 유사해졌다. 앞으로 시간이 지날수록 퀘이사의 활동은 줄어들 것이고 그 숫자 또한 줄어들 것이다. 은하와 은하 들 거라의 충돌로 인해 퀘이사가 탄생하게 될 것이다. 하지만 우리 은하와 안드로메다 은하가 언젠가는 충돌한다고 하지만 은하들끼리 충돌을 하여도 이미 활동량이 많이 줄어든 은하들끼리 충돌을 하여서 퀘이사의 탄생은 그리 많이 발생되지 않을 것이라고 추정하고 있다.