‘퀘이사’라는 천체 아세요?

[논문읽어주는남자]

한국과총 ・ 2020. 11. 25. 17:06

 

​

 

​

여러분, “퀘이사(Quasar)”라는 천체 아세요? 최근 마마무 멤버 화사는 “나혼자산다”에 출연해 같은 질문을 패널에게 던집니다. 아무도 답변을 하지 못하죠. 아마 여러분도 ‘퀘이사’라는 단어를 들어본 적은 있을지 모르나, 정확한 의미를 모를 것입니다.

​

출처: “나혼자산다” (MBC) 2020년 10월 23일 방송

​

월간 과학과 기술 1998년 12월호에서 ​“20세기 최대의 발견은 퀘이사와 중성자성”이라고 말할 만큼 천문학에서 매우 중요하고 흥미로운 천체인 퀘이사! 이 천체의 영문명은 Quasi-Stellar Radio Source 또는 Quasi-Stellar Objects의 줄임말이에요. 영어 뜻 그대로 “별처럼 보이는 천체”라는 것이죠. 그런데 “별처럼 보인다”라는 것이 우리 눈에도 보인다는 의미는 아닙니다. 퀘이사는 전파망원경으로 처음 발견했죠.

​

너무나도 강한 전파 에너지를 우리에게 보내고 있어서 천문학자들은 이 천체가 무엇인지 매우 궁금하게 생각했습니다. 수많은 관측을 통해 알려진 퀘이사의 정체는 아주 멀리 있는 은하입니다. 이 은하는 특이하게 중심에 아주 밝은 전파 에너지원을 가지고 있죠. 바로 블랙홀입니다.

블랙홀에 너무나도 많은 물질이 빨려 들어가서 엄청난 에너지를 뿜어내고 있었고, 이 때문에 별처럼 보일 수 있었던 것입니다. 이런 천체들을 천문학자들은 “활동성 은하핵(Active Galactic Nuclei, AGN)”이라고도 부릅니다. 이런 은하들의 블랙홀이 다른 은하들과는 달리 매우 활동적이라 붙여진 이름입니다. 따라서 퀘이사는 활동성 은하핵을 중심에 가지고 있는 아주 멀리 있는 은하라고 볼 수 있죠.

​

​

은하 중심 활동성 은하핵의 상상도 (출처: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)

​

오늘 소개해드릴 논문은 바로 활동성 은하핵과 관련된 논문입니다. 제목은 “Seoul National University AGN Monitoring Project. I. Strategy and Sample”로 2019년 한국천문학회지에 실린 논문입니다. 이 논문에서는 제목 그대로 서울대학교에서 진행하고 있는 활동성 은하핵 관측 모니터링 프로젝트를 소개하고 있습니다. 이 프로젝트는 활동성 은하핵을 연구하는 많은 한국 연구기관 중 서울대학교 우종학 교수님의 연구실이 주도해서 진행하고 있습니다.

​

그러면 왜 활동성 은하핵을 계속 모니터링 할까요? 바로 그 이유는 은하 중심에 있는 초거대질량 블랙홀(Supermassive Black Hole)의 질량을 재기 위해서입니다. 질량을 정확하게 측정하기 위해서는 활동성 은하핵의 지속적인 관측이 필요한데요, 블랙홀에서 내뿜는 에너지의 양이 시간에 따라 지속적으로 변하는 것을 이용하기 때문입니다.

​

​

산 정상에 올라 “야호”를 외쳤던 것을 상상해보세요. (출처: Pixabay)

​

그 원리는 메아리와 같습니다. 여러분은 산 정상에 올라 “야호”를 외쳐본 적 있으신가요? “야호”를 외치면 산이 다시 “야호”라고 대답해주죠. 하지만 그 대답이 한 번에 끝나는 것이 아닙니다. 여러 곳에서 대답해주듯 “야호”가 여러 번 들리죠. 외친 소리가 부딪힌 곳이 서로 다른 거리에 있어서 나에게 오는 데까지 걸리는 시간이 달랐던 것입니다. 블랙홀도 우리에게 아주 큰 소리를 외치고 있습니다.

1번 소리는 우리에게 바로 직선으로 달려오지만, 2번 소리는 주변에 있는 가스구름에 반사되어 우리에게 옵니다. 2번 소리가 더 먼 거리를 달렸기 때문에, 우리에게 늦게 도착합니다. 2번 소리가 부딪히는 곳까지의 거리는 블랙홀의 질량이 무거울수록 멀어져서, 1번 소리와 2번 소리가 우리에게 도달하는 시간 차이를 알면 블랙홀의 질량을 측정할 수 있다고 합니다. 이 방법을 “Reverberation Mapping”이라 부릅니다.

 

우종학 교수님 연구팀에서는 총 100개의 활동성 은하핵을 골라 3년이 넘는 시간 동안 지속해서 관측했고, 1번 소리와 2번 소리가 도달하는 시간 차이가 40일에서 350일 사이의 값을 가지는 것을 알아냈죠. 이는 블랙홀이 영향을 미치는 구름까지의 거리가 지구-태양 사이 거리의 약 7,000배에서 60,000배에 달한다는 것을 의미합니다. 초거대질량 블랙홀이 태양계에 있었다면 이미 지구는 잡아먹혔을 것이고, 그보다도 더 먼 거리까지 영향력을 행사하고 있다니 엄청나네요.

마지막으로 위 정보를 통해 각 은하 중심에 위치한 블랙홀의 질량을 측정했습니다. 블랙홀의 메아리를 제대로 들으려다 보니, 무겁고 아주 활동적인 블랙홀을 선택했기 때문에, 그 질량은 태양보다 1억~10억 배나 무거웠습니다. 우리은하보다는 가볍지만, 웬만한 작은 은하들의 질량이 블랙홀의 질량과 맞먹는 셈입니다.

​

(왼) 처녀자리 은하단 Messier 87은하 속 초거대질량 블랙홀의 사건의 지평선 사진(출처: Event Horizon Telescope), (오) 우리은하 중심 블랙홀 주변 별들의 움직임(출처: ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

​

 

지금까지 우리나라 천문학자의 연구논문을 통해 퀘이사와 활동성 은하핵에 대해서 알아봤습니다. 그 중심에 있는 초거대질량 블랙홀은 2019년 사건의 지평선 관측(한국과총에서 선정한 2019년 과학기술 10대 뉴스 선정)과 2020년 노벨 물리학상 수상(우리은하 중심 블랙홀의 발견에 대해) 등으로 최근 몇 년 사이에 천문학자뿐만 아니라 많은 대중에게도 관심받고 있습니다.

​

모든 내용을 기억하지 못하시더라도, “퀘이사는 중심에 활동적인 초거대질량 블랙홀을 가진 먼 거리에 있는 은하다.”라는 점 하나만은 꼭 기억해주세요. 혹시 논문에 대해 더 자세한 내용을 알고 싶으시면 링크(https://doi.org/10.5303/JKAS.2019.52.4.109)를 참고해주세요. 그리고 우리나라에서 연구하고 있는 천문학자, 과학자들의 연구 결과에 대해 많은 관심과 응원 부탁드립니다.

 

 

---

[출처] [논문읽어주는남자] ‘퀘이사’라는 천체 아세요?|작성자 한국과총