제임스 웹 우주망원경, 우주 초기 초대질량 블랙홀 충돌 합병 최초 포착

미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 활용한 국제 천체물리학 연구진이 관측 역사상 가장 오래되고 먼 초대질량 블랙홀 쌍의 충돌 및 합병 현상을 포착했습니다. 이 거대한 충돌은 빅뱅 이후 불과 7억 4000만 년이 지난 시점의 원시 은하계 ZS7에서 일어났습니다.

이번 쾌거는 짙은 성간 먼지 구름을 뚫고 희미한 적외선 빛을 포착하는 근적외선 분광기(NIRSpec)를 통해 달성되었습니다. 분광 속도선을 정밀 분석한 결과, 불과 수천 광년 거리를 두고 서로를 끌어당기며 주변 물질을 격렬하게 흡수하는 독립된 두 개의 핵이 뚜렷하게 분리되어 관측되었습니다.

적외선 분광 기술로 포착한 우주 새벽의 대충돌

지난 수십 년간 천체물리학계는 우주 탄생 초기 10억 년도 채 되지 않은 시점에 어떻게 태양 질량의 수천만 배에 달하는 괴물 블랙홀들이 존재할 수 있었는지 명확히 설명하지 못했습니다. 기존의 가스 흡수 모델만으로는 그토록 짧은 시간 안에 거대 질량에 도달하기 불가능했기 때문입니다.

이번 ZS7 시스템의 직접 관측은 초기 우주의 블랙홀들이 격렬한 은하 충돌과 합병 과정을 거치며 폭발적인 속도로 몸집을 키웠음을 완벽하게 입증하는 최초의 실증 데이터입니다.

“Our findings demonstrate that gigantic black holes were already rapidly growing through mergers when the universe was in its cosmic infancy.” — 한나 위블러, 케임브리지 대학교 카블리 연구소 수석 천체물리학자

초기 우주 거대 블랙홀 급성장의 미스터리 규명

도플러 스펙트럼 분석에 따르면 충돌 중인 블랙홀 중 하나의 질량은 태양의 약 5000만 배에 달하며, 동반 블랙홀 역시 뜨거운 가스와 먼지 장막 속에서 그에 필적하는 거대한 질량을 가진 것으로 나타났습니다.

연구팀은 향후 중적외선 관측기(MIRI) 및 칠레의 알마(ALMA) 전파망원경 배열과의 연계 관측을 통해 중력파 방출 패턴과 숙주 은하의 진화 궤적을 심층 연구할 예정입니다.

Sources

• NASA
• European Space Agency