○NASA, '괴물 블랙홀' 발견…"믿을 수 없는 물체"
은하의 크기는 우리 은하의 500분의 1, 블랙홀 질량은 5배
NASA 허블 망원경을 이용해 발견한 M60-UCD1 은하와 은하의 중앙에 있는 블랙홀 개념도. 별의 밀도가 매우 높다.
(사진 출처=NASA)
과학자들이 NASA(미항공우주국)의 허블우주망원경과 지상의 천문대를 이용해 믿을 수 없는 곳에서
믿을 수 없는 물체를 발견했다.
이 물체는 지금까지 발견된 가장 작은 은하의 내부에 숨어 있는 '괴물 블랙홀(monster black hole)'이다.
이 블랙홀은 우리 은하 중심의 블랙홀보다 질량이 5배 크다. 지금까지 알려진 은하 가운데 밀도가 가장 높은 왜소은하
M60-UCD1의 내부에 있다. M60-UCD1은 지름이 300광년으로 우리 은하의 500분의 1 크기에 불과하지만 1억 4,000만개의
별을 포함하고 있다.
왜소은하에서는 밤하늘에 적어도 100만개 이상의 별을 맨눈으로 볼 수 있다. 지구에서 맨눈으로 볼 수 있는 별은 통상
4,000개 정도이다.
이번 발견으로 우주에는 내부에 거대 질량의 블랙홀을 가진 밀도가 상대적으로 높은 은하들이 많이 존재한다는 사실을
알 수 있다. 또 왜소은하는 원래부터 작은 섬처럼 고립돼 탄생한 것이 아니라 다른 은하들과 충돌해 찢겨진,
보다 큰 은하들의 조각들이란 점도 시사하고 있다.
논문의 제1 저자인 미 유타대 천문학자 아닐 세스는 "이런 작은 은하 속에서 이처럼 큰 블랙홀이 만들어질 수 있는지
몰랐다"고 말했다. 이번 연구 결과는 18일 네이처지에 실렸다.
연구진은 M60-UCD1의 관찰과 블랙홀 질량 측정에 허블우주망원경과 하와이 마우나 키에 있는 제미니 노스 8m 광학 및
적외선 망원경(the Gemini North 8-meter optical and infrared telescope)을 이용했다.
허블 망원경의 고해상도 이미지는 은하 지름과 별의 밀도에 대한 정보를 제공했다. 제미니 망원경은 블랙홀의 중력에
영향을 받은 별들의 움직임을 측정하는데 이용됐다. 이 데이터를 통해 블랙홀의 질량을 계산할 수 있었다.
블랙홀은 중력에 의해 붕괴된 엄청난 밀도의 물체이다. 워낙 밀도가 높기 때문에 빛조차 탈출할 수 없다. 초거대질량 블랙홀
의 경우 최소한 우리 태양과 같은 별의 100만개에 해당하는 질량을 갖고 있다. 많은 은하 중심에는 거대질량의 블랙홀이
존재한다.
우리 은하 중심에는 태양 400만개에 해당하는 질량의 블랙홀이 있다. 엄청난 규모의 질량이지만 우리 은하의 전체 질량에
비교하면 0.01%에 블과하다. 이에 비해 M60-UCD1의 중심에 있는 괴물 블랙홀은 태양 2,100만개에 해당하는 질량을
갖고 있고, 이 은하 전체 질량의 무려 15%를 차지한다.
우리 은하가 왜소은하 M60-UCD1보다 500배 크고, 1,000배 이상 무겁다는 사실을 감안하면 놀라운 사실이다.
연구진은 M60-UCD1이 한때 100억개의 별을 보유한 대형 은하였을 것으로 추정한다. 그러나 이 은하보다 훨씬 큰 M60
은하의 중심부 근처를 통과하면서 은하 외부에 있던 별과 암흑물질이 찢겨져 나가 M60의 일부가 된 것으로 분석했다.
연구진은 M60-UCD1이 언젠가 M60의 인력에 끌려가 완전히 합쳐질 것으로 보고 있다. M60은 태양의 45억개, 우리 은하
블랙홀의 1,000배가 넘는 질량의 거대한 블랙홀을 갖고 있다. 언젠가 두 개의 은하가 합체되면 두 은하의 블랙홀도 합해
질 것이다. 두 은하는 5,000만 광년 떨어져 있다.
○빅뱅을 겪은 최초의 은하 ‘세구에 원’
원소 구성을 통해 형성 시기 추측 가능
은하는 지구에서 보았을 때, 띠 모양으로 일주하는 것으로 보이는 별의 집단을 말한다. 가스를 빨아들이고 자신보다 작은
이웃의 천체를 흡수하기도 한다. 이런 은하의 관측 역사는 오래되었다. 하지만 1924년 안드로메다 은하라고 불리는 M31
이 외계의 은하로 판명된 이후, 매우 활발하게 이루어지게 되었다.
망원경 사용 이후 발견된 첫번째 외계은하는 1749년 10월 29일 르장티에 의해 발견된 M32이며, 이후 윌슨산과 윌리엄
허셜 등 많은 학자들에 의해 은하가 발견된다. 본격적으로 현대 우주론의 시대에 돌입하게 된 것은 1924년 휴메이슨과
허블이 적색편이를 보이는 은하들로 우주팽창의 증거를 들면서부터다.
최근 안나 프레벨(Anna Frebel) 미국 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology; MIT)교수가 이끈
연구팀이 칠레에 위치한 라스캄파나스 천문대(Las Campanas Observatory)와 하와이에 위치한 W.M.켁천문대(W.M.Kec
k Observatory)에 있는 데이터를 조사하면서 밝혀졌다.
이번 연구는 학술지 ‘천체물리학’(Astrophysical Journal)을 통해 발표되었는데, 세구에 원(Segue 1)이라는 이름의 왜소
은하가 지금까지 알려진 어떤 은하보다도 오래된 빅뱅 초기에 생성된 것으로 추정된다는 연구 결과를 포함하고 있다.
별의 집단인 은하는 우주팽창의 증거로 인정받으면서 연구가치가 높아졌다. 최근에는 그 어떤 은하보다도 오래된, 빅뱅 초기에 생성된 것으로 보이는 왜소은하가 발견되기도 했다. 연구팀은 이를 두고 ‘우주에 남겨진 화석’이라고 표현했다. ⓒ ScienceTimes
이 은하에 있는 별들은 지난 138억년간 그 어떤 새로운 별도 생산하지 않고 있어 연구팀은 이 은하를 우주에 남겨진 ‘화석’
이라고 표현하기도 했다. 지구로부터 약 7만 5000광년 떨어진 이 은하에 있는 별의 성분은 대부분 수소와 헬륨 같은 가벼운
원소로 알려졌다.
이는 이 은하가 지금까지 알려진 은하 중에서 가장 화학적으로 별의 진화가 더딘 것을 의미한다. 즉, 우주 초기 때 형성된
은하일수록 그 내부에 있는 별들에는 수소와 헬륨 같은 가벼운 원소가 주를 이루게 되기 때문이다.
이런 별이 진화를 거듭한 끝에 초신성 폭발을 하면 철 등의 무거운 원소를 방출하게 되고, 따라서 이후 형성된 별에는
무거운 원소의 함량이 점점 높아지게 된다. 이러한 결과를 통해 중량이 가벼운 별이 주를 이루는 세구에 원의 형성 시기가
오래되었다는 것을 추측할 수 있다. 이 은하가 150억년 전 발생한 우주의 시작인 ‘빅뱅’을 경험하고 살아 남은 최초의 은하가
될 것인지에 대해서는 조금 더 두고봐야 할 것이다. 하지만 이 은하가 가지고 있는 역사적 의의는 상당히 클 것으로 보인다.
대부분 존재하지만 잘 보이지 않는 왜소은하
일반적으로 타원은하와 나선은하는 눈에 띄게 많이 관측되기 때문에 잘 알고 있는 반면, 왜소은하는 그 크기가 작기 때문에
잘 관측되지 않는다. 하지만 우주에 존재하고 있는 대부분의 은하는 왜소은하이다.
우리 은하계가 속한 국부은하군을 보면 은하계나 M31 주위에 어둡고 작은 은하가 다수 무리지어 있는 것을 볼 수 있다.
-14등보다 어두운 절대등급인데, 보통 구상성단에 이어지는 규모에 있다. 불규칙적인 모양과 타원형, 원형 등의 모양을
가지고 있다.
그 크기가 작기 때문에 먼 은하단에서는 별 형태가 되어서 구분이 어렵다. 초 밀집 왜소은하의 경우, 그 크기가 단지 100파섹
(pc)에 그칠 정도로 아주 작다. 실제 타원 은하 사이의 가장 큰 차이는 이들 왜소은하에는 밝은 핵 지역이 없다는 것이다.
주목할 것은 바로 머리털 자리에 있는 왜소은하이다. 이 곳에 위치한 은하단에는 10만개가 있을 것으로 추정되는데,
이 수는 실로 어마어마하다고 할 수 있다. 하지만 질량이나 광도에 대한 기여가 작다는 것이다.
스파키, 1년에 300개 별 만들어
일반적으로 태양계가 포함되어 있는 우리 은하는 1년에 고작 10개의 별만이 만들어진다. 하지만 지난 8월 1년에 300개의
별이 만들어지는 초기 거대 은하 지대가 발견되었다. 초기 은하로 활발한 움직임을 보인다는 것을 알 수 있다.
지난 8월 27일 미항공우주국 나사(NASA)를 통해 발표된 기사인데, 나사의 허블과 스피츠 망원경을 통해 천문학자들이
‘스파키’(Sparky)라는 이름의 초기 은하 지대를 찾아냈다는 내용을 담고 있다. 수백만개의 새롭게 탄생하는 별들로 강력한
빛을 뿜어내는 것으로 알려졌다.
완벽하게 탄원형을 갖춘 스파키는 중심 핵 부분이 밀집되어 있는 모습을 갖고 있다. 은하 핵은 너무 멀리 떨어져 있어 지구
로부터 관찰되고 있는 은하 핵은 110억년 전에 만들어진 것이다. 이는 우주의 탄생 시작점인 빅뱅 이후 고작 30억 년 뒤
이다. 연구팀의 에리카 넬슨(Erica Nelson) 미국 예일대학교(Yale University) 교수는 이런 과정을 거치는 은하 지대를
아직까지 본 적이 없다고 밝히기도 했다. 왜냐하면 핵 형성과정은 초기 우주의 특징적 모습을 보여주고 있는데,
초기 우주는 대체적으로 밀집되어 있기 때문이다.
허블우주망원경을 통해 이 은하의 핵이 얼마나 빠르게 별을 형성하는지 알 수 있게 되었고, 그 결과 스파키에서는 매년
300개의 별이 만들어지는 것으로 잠정 결론내려졌다. 우리 은하에서는 매년 10개 정도에 불과한 별이 만들어지는 것과
비교해보면 상당히 활발하게 만들어지고 있는 셈이다.