최종편집2024-04-28 07:50 (일)

[미디어파인 칼럼 = 이상원 기자]  우주 초기에는 태양의 질량의 약 9백만 배나 되는 거대한 블랙홀이 발견되었을 수도 있다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)으로 감지된 이 블랙홀은 대폭발인 빅뱅 후 약 5억 7천만 년 만에 이미 은하의 중심에 형성되었다. 이 발견과 이와 유사한 다른 발견들은 연구자들이 곧 어떻게 이들 거대한 천체들이 우주의 초기에 이렇게 이른 시기에 등장할 수 있었는지 의문을 해소하는 데 한 번 도움이 될 수 있다.

수십 년 동안 과학자들은 두 종류의 블랙홀을 발견해 왔다. 스텔라 질량 블랙홀과 초질량 블랙홀이다. 스텔라 질량 블랙홀은 일반적으로 태양의 5배에서 10배 크기로, 거대한 별들이 죽고 자신에게 무너지며 초신성으로 폭발하고 블랙홀을 남기는 과정에서 생겨난다고 여겨진다. 반면 초질량 블랙홀은 태양의 수백만에서 수십억 배에 이르는 질량을 가지고 있으며 대부분의 대형 은하의 중심에 형성된다.

보통 초질량 블랙홀이 스텔라 질량 블랙홀을 먹어 더 커지기 시작하였을 것으로 생각할 수 있다. 그러나 텍사스 대학 오스틴 캠퍼스의 천체물리학자 스티븐 핑켈스테인은 빅뱅 후 10억 년 이내에 태양의 질량에서 10억 배 이상 더 큰 블랙홀도 발견되었다고 말한다. 이들이 어떻게 이렇게 짧은 시간 안에 거대한 크기로 팽창했는지는 아직 수수께끼로 남아있다.

이번에 새롭게 발견된 블랙홀은 CEERS라는 천문학 조사의 일환으로 발견되었다. JWST의 고감도 적외선 기기를 통해 이전 망원경으로는 관측하기 어려웠던 옛 블랙홀들을 감지하기 위해 CEERS 조사는 데이터를 분석했다. 연구자들은 CEERS 1019 은하 안의 블랙홀을 특별히 밝은 은하 중심을 찾아서 감지했다. 이런 이른바 활동성 은하핵(AGN)으로 불리는 것들은 블랙홀로 추정되며 물질이 그들 위로 떨어져나오면서 거대한 에너지를 방출한다고 이전 연구에서 제안된 바 있다.

블랙홀 형성 이론을 조사하기 위해 CEERS 1019 은하의 블랙홀은 지금까지 발견된 것 중에서 가장 초기이면서도 가장 작은 블랙홀일 수 있다. 이 시기의 대부분의 블랙홀은 태양의 질량의 10억 배 이상이다. 그러나 CEERS 1019 은하의 블랙홀은 우리은하의 중심에 있는 블랙홀과 비슷한 크기로, 태양의 몇백만 배에 불과하다. CEERS 조사는 또한 빅뱅 후 10억 년과 11억 년에 발생한 두 개의 블랙홀, 각각 CEERS 746과 CEERS 2782의 존재도 감지했다.

일부 과학자들은 초기 우주의 초질량 블랙홀들이 더 작은 구성 요소들의 합체로 형성되었다고 의심하며, 이들 새로운 발견된 블랙홀들은 이러한 예측과 일치한다. 그러나 CEERS 1019 은하의 블랙홀은 이미 설명하기 어려울 만큼 충분히 크다.

한 가지 가능성은 초질량 블랙홀의 씨앗들이 은하가 존재하기 전에 존재하던 태양 질량의 1만에서 100만 배 정도인 거대한 가스 구름의 붕괴에서 태어났다는 것이다. 이 새로운 연구를 이끈 데일 코체프스키는 이와 다른 가능성은 초대형 별들의 초신성에서 태어난 것으로, 태양의 100배 정도까지 큰 별들이며 놀랍도록 빠른 속도로 커지는 것이다.

CEERS 조사는 또한 예상치 못하게 우주가 4억 7천만 년에서 6억 7천5백만 년 된 시점에 존재하던 11개의 먼 우주 은하 후보들을 확인하였다. 과학자들은 이러한 새로운 은하들이 빠르게 별들이 생성되는 중이며 우주의 역사 전반에 걸쳐 은하 진화에 대한 통찰을 제공할 수도 있다고 말한다.

[이상원 칼럼니스트] 
고려대 산업경영공학과(재학 중)
미디어파인 대학생칼럼니스트 겸 기자