가장 빛나는 천체 '퀘이사'…미스터리 20년 만에 풀려



은하 중심으 블랙홀이 주변의 별을 산산조각 내면서 삼키는 과정에서 퀘이사는 어마어마한 양의 에너지를 우주에 방출한다. 엄청난 양의 에너지 방출로 퀘이사는 우주에서 가장 밝게 빛나게 된다. 사진은 개념도. (사진 출처=NASA)

우주에서 가장 밝게 빛나는 물체 퀘이사. 이 퀘이사의 불가사의할 정도로 다양한 모습은 20년간 천문학계의 풀리지 않는 미스터리가 돼 왔다.

미국의 우주 관련 온라인 전문 사이트인 스페이스닷컴은 10일(현지 시각) 새로운 연구결과를 통해 과학자들이 퀘이사의 두 가지 특징에 주목함으로써 미스터리를 풀 수 있게 됐다고 보도했다.

두 가지 특징은 퀘이사가 강력한 중력으로 주변의 물질들을 얼마나 빨리 빨아들이느냐와 관찰자가 퀘이사를 어느 방향에서 보고 있느냐 하는 것이다.

퀘이사는 태양 질량의 수십억 배에 이르는 초거대 질량의 블랙홀로, 거대 은하의 중심에 존재한다. 퀘이사는 초거대 질량에서 나오는 강력한 중력에 의해 주변의 별들을 산산조각낸 뒤 그 파편을 삼키는 과정에서 엄청난 양의 빛을 방출한다.

퀘이사는 그동안의 연구를 통해 어떤 보편적인 물리적 특성과 형태가 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 일례로, 퀘이사의 크기는 질량과 밀접한 관계를 갖는다.

그러나 이런 보편성에도 불구하고 가시광선과 자외선 상으로 보이는 퀘이사의 외관들은 매우 특이했고, 이런 모양이 어떻게 만들어졌는지 설명할 수 없었다.

이 미스터리를 풀기 위해 캘리포니아 카네기 천문관측소의 쉔 유에(Shen Yue) 천문학자가 이끄는 연구진은 2만 개 이상의 퀘이사 관측 자료들을 분석했다. 퀘이사 자료는 슬로언 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey: 우주 물질의 3차원적인 분포를 지도화하는 계획)가 제공한 것이다.

연구 결과 퀘이사의 모양은 대부분 두 가지 기초적인 요소들에 의해서 설명될 수 있다는 사실이 확인됐다.

첫 번째 요소는 이른바 에딩턴 비율로 불리는, 질량 대비 퀘이사의 밝기(광도)이다. 이 비율은 물질들이 얼마나 빨리 퀘이사 속으로 빨려 들어가는지 추정할 수 있도록 해준다. 특히 이는 퀘이사의 다양한 모양을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.

또 다른 하나의 요소는 천문학자가 퀘이사를 관찰하는 각도이다. 관찰 각도는 블랙홀과 가장 가까운 가스 구름을 관찰자가 얼마나 많이 볼 수 있는지를 결정한다. 빠르게 움직이는 가스는 광범위한 빛의 파장을 만들며 퀘이사 모양에 큰 영향을 미친다.

이번 발견은 이들 구름이 평평한 디스크 속에 정열된다는 사실을 보여주는데 이는 관찰자의 각도가 (퀘이사 모양을 결정하는데) 왜 중요한지를 뒷받침하는 것이다.

쉔은 "이번 연구를 통해 20년의 미스터리가 풀렸다"며 "초거대질량의 블랙홀이 물질을 어떻게 삼키고, 주변 환경과 반응하는지를 이해하는데 새로운 길을 열었다"고 설명했다.

공동저자인 중국 베이징 대학 카블리 천문, 천체물리학 연구소의 루이스 호는 "이번 발견이 블랙홀의 질량을 측정하는 데도 활용될 수 있다"며 "이는 과학자들이 초거대질량 블랙홀의 성장과 은하계에서의 위치 등을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다는 의미"라고 말했다.