현대 관측 천체물리학의 물리적 한계를 완전히 다시 쓰는 획기적인 발견이 발표되었다. 국제 공동 연구팀은 우주 관측 역사상 단일 은하에서 비롯된 가장 거대한 구조물을 확인했다. 그리스 신화 속 올림포스 신들에게 맞선 거인의 이름을 따 '포르피리온(Porphyrion)'이라 명명된 이 상대론적 플라스마 제트는 무려 2,300만 광년(7메가파섹)에 달하며, 이는 우리 은하 140개를 한 줄로 늘어놓은 길이에 해당한다.

국제 학술지 네이처(Nature)에 게재되고 미국 캘리포니아 공과대학교(Caltech)와 네덜란드 라이덴 천문대 연구진이 주도한 이번 연구에 따르면, 이 제트는 은하수보다 10배 무거운 은하 중심의 초대질량 블랙홀에 의해 추진되고 있다. 지구로부터 약 75억 광년 거리에 위치하여 우주의 나이가 현재의 절반도 되지 않았던 시기의 모습을 보여준다.

은하수 140개를 이어붙인 규모의 우주적 거인

포르피리온은 같은 연구팀이 2022년에 발견했던 종전 최고 기록인 '알키오네우스'(1,600만 광년)를 가뿐히 경신했다. 유럽 8개국에 걸쳐 수만 개의 안테나로 연결된 첨단 저주파 전파망원경 배열인 LOFAR를 통해 포착되었으며, 인도 거대 미터파 전파망원경(GMRT)과 하와이 W. M. 켁 천문대의 분광 관측을 통해 최종 확인되었다.

연구진의 계산에 따르면 중심부의 초대질량 블랙홀은 최소 10억 년 동안 놀라울 정도로 안정적인 제트 분출을 유지해왔다. 이 상대론적 빔이 방출한 역학 에너지는 수조 개의 태양이 내뿜는 복사열과 맞먹으며, 모은하의 중력권을 넘어 은하간 공간의 보이드로 이온화된 물질과 자기장을 밀어내고 있다.

“지금까지 천문학자들은 블랙홀 제트를 은하단 내부의 국소적인 현상으로만 여겼습니다. 하지만 포르피리온은 이러한 제트가 우주망 자체의 규모에 맞먹을 수 있음을 보여줍니다.”

우주망의 자기화와 은하 진화 모델의 전면 수정

포르피리온의 압도적인 크기는 기존의 표준 우주론 시뮬레이션에 큰 도전 과제를 던진다. 종전 이론에서는 초기 및 중기 우주 환경에서 짙은 은하간 가스와 우주배경복사의 압력 때문에 거대 제트가 megaparsec 규모에 도달하기 전 불안정해져 흩어질 것으로 예측했기 때문이다.

포르피리온은 거대 제트가 수억 년 이상 형태를 유지하며 은하간 필라멘트에 자기장을 공급하고 가스 냉각을 억제하는 핵심 동력으로 작용했음을 증명한다. 천문학자들은 이와 유사한 미발견 메가제트들이 우주 정오 시기에 광범위하게 활동했을 것으로 보고 연구를 확대하고 있다.

Sources

포르피리온 블랙홀 천체물리학 LOFAR 우주론 전파천문학