○초고밀도 은하 발견 
우리 인간들은 작은 땅에 높은 빌딩을 빽빽히 세워서 모여 살기 좋아합니다. 특히 한국에서는
말이죠. 그런데 우주에서 역대 가장 높은 밀도를 지닌 별들의 집단이 발견되었다고 합니다. 천문학
자들이 우연히 발견한 것은 몇십개나 몇백개의 별들이 밀집한 것이 아니라 하나의 은하였습니다.
미시간 주립 대학 (Michigan State University) 의 연구자들에 의해 주도로 국제 천문학 연구팀이
지구에서 5400 만 광년 떨어진 왜소 은하 M60-UCD1 을 연구했을 때 이들이 본것은 흡사 전철
차량안에 수백명의 사람을 억지로 밀어넣듯이 많은 별이 밀집한 은하였습니다. 이 작은 은하는
그 질량의 절반 정도가 반지름 80 광년에 불과한 지역에 몰려 있었습니다. 그 밀도는 태양 주면의
별의 밀도와 비교해서 15000 배나 더 큰편이었습니다. 이를 다시 말하면 지구 - 알파 센타우리
정도의 거리인 4 광년에 약 10000 개 정도 되는 별들이 존재하는 정도였습니다.
(초고밀도 은하 M60-UCD1 Astronomers have discovered what may be the densest galaxy in
the nearby universe. The team that discovered the rare ultra-compact dwarf galaxy was led by
MSU’s Jay Strader. The larger image was captured by NASA’s Chandra X-ray Observatory.
The inset photo of the galaxy was taken by the Hubble Space Telescope. (Credit: X-ray:
NASA/CXC/MSU/J.Strader et al, Optical: NASA/STScI) )
미시간 주립 대학의 천문학자 제이 스트레이더 (Jay Strader, MSU assistant professor of
physics and astronomy) 는 "M60-UCD1 에서는 한 별에서 다른 별로 여행하기가 매우 쉬울 것이
다. 별들이 은하안에서 매우 가까이 있기 때문에 시간을 크게 절약해줄 수 있다" 라고 언급했습니
다. 과연 행성이 안정적으로 적당한 거리에서 다른 별의 중력의 간섭없이 공전할 수 있을 지 모르
겠지만 이 은하의 외계인들은 다른 별로 여행하긴 편할 것 같습니다.
현재 천문학자들은 M60-UCD1 와 같은 초고밀도 왜소 은하들이 과연 처음부터 이렇게 빽빽하게
서로 밀집해서 형성되는지 아니면 서로의 중력에 의해 밀집하면서 작은 왜소 은하가 된 것인지
궁금해 하고 있습니다. 한가지 힌트는 이 은하 중심에 태양 질량의 1000 만배 정도 되는 대형
블랙홀이 있다는 것인데 이것은 후자를 지지 하는 증거로 생각되고 있습니다. 초기에 빽빽하게
탄생하는 구상 성단에서 중심 블랙홀은 볼 수 없는 존재이기 때문이죠.
참고로 알파 센타우리는 지구에서 40 조 km 떨어져 있습니다. 만약 지구에서 1 만배 정도 더 가까
이 온다면 지구에서 40 억 km 정도 거리가 되죠. 멀긴 하지만 알파 센타우리에 있는 외계 행성에
지금 기술로도 탐사선을 보낼 수 있을 것입니다. 그렇게 생각하면 흥미롭지만 아마도 이렇게 많은
별들이 모여 있는 은하라면 우리 은하와는 그 환경이 매우 다를 것으로 예상합니다. 아마 밤에도
낮처럼 밝을지도 모르고 행성이나 별들의 충돌도 흔하게 일어날 지 모릅니다. 과연 이 은하에도
외계인이 살고 있을까요. 지금 우리로써는 알 수 없는 일이겠죠.
○새로운 초거대질량 블랙홀
로 만들기 때문에 들어갈 수 있는 물질에 양에는 한계가 없죠. 지금까지 발견된 극대질량 블랙홀
(Ultramassive black hole) 들 가운데는 태양 질량의 100 억배가 넘는 것들도 존재합니다. 우리
은하 중심의 초거대질량 블랙홀도 태양 질량의 400 만배에 달하는 거대한 것이지만 이것보다
훨씬 큰 질량의 블랙홀들도 있다는 것이죠.
최근 천문학자들은 나사의 찬드라 X 선 위성의 자료를 이용해서 지구에서 39 억 광년 정도 떨어진
거대 은하단 RX J1532.9+3021 (RX J1532) 의 중심부에서 또 다른 극대질량 블랙홀의 후보를 찾아
냈습니다. 이 거대 은하단의 중심부에는 매우 큰 타원 은하가 존재하는데 이 은하 중심에는 최소한
태양 질량의 100 억배 넘는 거대한 질량을 지닌 블랙홀이 있는 것으로 보입니다.
(새로운 초거대질량 블랙홀의 후보 RX J1532. 분홍색은 찬드라가 관측한 X 선 관측 영역이며
노란색은 허블 우주 망원경으로 관측한 가시광 관측 사진 Credit: X-ray:
NASA/CXC/Stanford/J.Hlavacek-Larrondo et al, Optical: NASA/ESA/STScI/M.Postman &
CLASH team )
이미 이전에도 가장 거대한 질량을 가진 블랙홀의 후보인 NGC 4889 나 혹은 또 다른 후보가
될 수 있는 블랙홀에 대해서 언급한바 있었죠. 이 극대질량 블랙홀은 이들과 경쟁할 수 있을 만큼
거대한 후보입니다. 다만 지금까지 시점에서 가장 확실하게 가장 거대한 블랙홀이라고 부를 수
있는 블랙홀은 NGC 4889 입니다. 대략 태양 질량의 210 억배 (60 - 370 억배사이) 질량을 지니고
있죠.
NGC 4889 : http://jjy0501.blogspot.kr/2012/07/72-ngc-4889.html
블랙홀은 어디까지 커질 수 있는가 : http://jjy0501.blogspot.kr/2012/12/132.html
아무튼 이 극대질량 블랙홀은 엄청난 양의 에너지를 내뿜게 됩니다. 블랙홀을 중심으로 주변에는
빨려들어가는 물질들의 원반인 강착 원반이 형성되며 그 수직 방향으로는 제트가 분출되게 되죠.
이 메카니즘에 대해서는 이전에 여러차례 설명했기 때문에 과거 블랙홀 관련 포스트를 참조하시
기 바랍니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2013/01/139.html 참조)
그런데 RX J1532 의 경우 거대 질량 블랙홀만이 과학자들의 눈길을 끈 것은 아니었습니다.
위의 찬드라 이미지를 잘 보면 블랙홀의 중심 좌우로 두개의 빈 공간이 존재합니다. 이 빈공간에
대해서 연구에 참가한 과학자들은 이 블랙홀의 양축으로 분사되는 엄청난 에너지의 제트가
만든 구멍이라고 분석하고 있습니다.
즉 아광속으로 발사되는 엄청난 제트에 의해 주변에 물질들이 밀려나가 그 주변부에는 가스가
뭉쳐서 새로운 별이 형성되지도 못한 빈공간이 존재한다는 것입니다. 따라서 X 선 관측은 물론
가시광 관측 영역에서도 아무것도 관측되지 않습니다. 이 빈공간의 지름은 무려 10 만 광년으로
그 안에 은하가 들어가도 될 정도의 크기라고 하네요.
(블랙홀과 그 주변에 형성되는 강착 원반, 그리고 수직으로 발사되는 제트의 모식도
This file is in the public domain because it was created by NASA )
과학자들은 큰 공동 이외에 작은 공동처럼 보이는 공간이 있는 것에도 주목하고 있습니다.
어쩌면 과거 제트의 방향이 달랐거나 혹은 은하단이 움직임에 따라 방향이 달랐을 가능성도
있기 때문이죠. 아무튼 이 제트의 힘은 엄청난 것으로 보입니다.
연구자들은 지금까지 수많은 은하단과 그 안에서 활발하게 활동하는 블랙홀을 봤지만 이와 같은
극단적인 경우는 드물다고 언급했습니다. 그야말로 태양 질량의 100 억 배 이상의 질량을 지닌
블랙홀의 힘을 여실히 보여준다고 할까요. 우주에는 인간의 상상으로는 생각도 하기 힘든 엄청난
힘이 있는 것 같습니다.
이 내용은 Astrophysical journal 에 실렸습니다.