천문학자들은 지금까지 관측된 것 중 가장 오래된 블랙홀을 발견했습니다.

연구자들은 우주의 새벽부터 지금까지 관찰된 가장 오래된 블랙홀을 발견했으며, 그것이 자신의 은하계를 ‘먹고’ 죽어가고 있음을 발견했습니다.

캠브리지 대학이 이끄는 국제 팀은 NASA/ESA/CSA 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 빅뱅 이후 4억 년, 즉 130억 년 이상 전의 블랙홀을 탐지했습니다. 주저자인 Roberto Maiolino 교수는 “거대한 도약”이라고 말한 결과가 저널에 보고되었습니다. 자연.

우리 태양 질량의 수백만 배에 달하는 이 놀랍도록 거대한 블랙홀이 우주 초기에 존재한다는 사실은 블랙홀이 어떻게 형성되고 성장하는지에 대한 우리의 가정에 도전합니다. 천문학자들은 은하수와 같은 은하의 중심에서 발견된 초대질량 블랙홀이 수십억 년에 걸쳐 현재 크기로 성장했다고 믿고 있습니다. 그러나 새로 발견된 이 블랙홀의 크기는 블랙홀이 다른 방식으로 형성될 수도 있음을 암시합니다. 블랙홀은 ‘크게 태어날’ 수도 있고, 생각했던 것보다 5배 더 빠른 속도로 물질을 먹을 수도 있습니다.

표준 모델에 따르면, 초거대질량 블랙홀은 죽은 별의 잔해로부터 형성되며, 이것이 붕괴되어 태양 질량의 약 100배에 달하는 블랙홀을 형성할 수도 있습니다. 예상대로 성장한다면 새로 발견된 블랙홀이 관측된 크기로 성장하는 데 약 10억년이 걸릴 것입니다. 하지만 이 블랙홀이 발견됐을 당시 우주의 나이는 아직 10억년이 채 되지 않은 상태였습니다.

케임브리지 캐번디시 연구소와 카블리 우주론 연구소의 마이올리노는 “이렇게 거대한 블랙홀을 보는 것은 우주 초기 단계이기 때문에 블랙홀이 형성될 수 있는 다른 방법을 고려해야 한다”고 말했다. “아주 초기 은하계는 가스가 극도로 풍부했기 때문에 블랙홀의 뷔페 같았을 것입니다.”

모든 블랙홀과 마찬가지로 이 어린 블랙홀도 성장을 촉진하기 위해 모은하의 물질을 삼키고 있습니다. 그러나 이 고대 블랙홀은 후기 시대에 형제 블랙홀보다 훨씬 더 활발하게 물질을 삼키는 것으로 밝혀졌습니다.

GN-z11이라고 불리는 젊은 호스트 은하는 중심에 있는 에너지 블랙홀에서 빛납니다. 블랙홀은 직접적으로 관찰할 수 없지만, 블랙홀 가장자리 근처에 형성되는 소용돌이치는 강착원반의 숨길 수 없는 빛에 의해 감지됩니다. 강착 원반의 가스는 극도로 뜨거워지고 빛나기 시작하며 자외선 범위의 에너지를 방출합니다. 이 강한 빛은 천문학자들이 블랙홀을 감지할 수 있는 방법입니다.

GN-z11은 은하수보다 약 100배 작은 소형 은하이지만 블랙홀이 은하계의 발달을 저해할 가능성이 높습니다. 블랙홀이 가스를 너무 많이 소모하면 초고속 바람처럼 가스를 밀어냅니다. 이 ‘바람’은 별 형성 과정을 멈추고 은하계를 천천히 죽일 수 있지만, 블랙홀의 ‘음식’ 공급원도 차단해 블랙홀 자체도 죽일 것입니다.

Maiolino는 JWST가 제공하는 거대한 도약이 그의 경력에서 가장 흥미로운 시기라고 말합니다. “지금은 새로운 시대입니다. 특히 적외선 분야에서 감도가 크게 도약하는 것은 갈릴레오 망원경을 하룻밤 사이에 현대 망원경으로 업그레이드하는 것과 같습니다.”라고 그는 말했습니다. “Webb이 온라인에 등장하기 전에는 허블 우주 망원경으로 볼 수 있는 것 이상으로 볼 수 있는 우주가 그다지 흥미롭지 않을 수도 있다고 생각했습니다. 그러나 전혀 그렇지 않았습니다. 우주는 그 자체로 상당히 관대했습니다. 우리에게 보여주고 있으며 이것은 시작에 불과합니다.”

Maiolino는 JWST의 민감도가 앞으로 몇 달, 몇 년 안에 더 오래된 블랙홀이 발견될 수 있음을 의미한다고 말했습니다. Maiolino와 그의 팀은 JWST의 향후 관측을 사용하여 블랙홀의 더 작은 ‘씨앗’을 찾으려고 노력하고 있습니다. 이는 블랙홀이 형성될 수 있는 다양한 방식, 즉 블랙홀이 크게 시작하든 빠르게 성장하든 관계를 푸는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구는 유럽연구위원회, 왕립학회, 영국 연구혁신(UKRI) 산하 과학기술시설위원회(STFC)의 일부 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240117143935.htm