퀘이사를 아시나요? (ft. 우주의 신비로운 빛나는 거인들)

우주의 광활한 공간에는 우리의 상상을 뛰어넘는 천체들이 존재합니다. 그중에서도 퀘이사(Quasar)는 가장 흥미롭고 신비로운 천체 중 하나입니다. 퀘이사는 '준항성체'라는 뜻의 'Quasi-stellar object'의 줄임말로, 멀리 있는 은하의 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀과 그 주변의 활동성 핵을 일컫습니다.

 

위키백과 갈무리

퀘이사 너는 누구니?

퀘이사의 본질

 퀘이사는 우주에서 가장 밝고 강력한 천체 중 하나로, 이들은 일반적인 은하보다 수백 배에서 수천 배 더 밝은 빛을 발산하며, 그 에너지는 우리가 상상하기 힘들 정도로 막대합니다.

 퀘이사의 중심에는 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있습니다.

 이 거대한 블랙홀은 주변의 물질을 빨아들이면서 엄청난 양의 에너지를 방출하게 되는데, 이것이 바로 퀘이사의 놀라운 밝기의 원천입니다.

 

 퀘이사의 특징 중 하나는 그들의 스펙트럼에서 나타나는 강한 방출선입니다.

 특히 CIV λ1550 같은 넓은 방출선은 퀘이사를 식별하는 데 중요한 역할을 하는데, 이러한 방출선은 종종 청색편이를 보이며, 이는 퀘이사 주변의 물질이 우리를 향해 빠른 속도로 움직이고 있음을 나타냅니다.

 

퀘이사의 생성과 진화

 퀘이사의 생성 과정은 우주의 초기 역사와 밀접한 관련이 있습니다.

 최근의 연구에 따르면, 우주 초기에 형성된 거대한 가스 구름들이 중력에 의해 붕괴하면서 첫 번째 퀘이사들이 탄생했을 것으로 추정됩니다.

 이 과정에서 난류성 냉각 흐름(turbulent cold flows)이 중요한 역할을 했을 것으로 보입니다.

 

 퀘이사의 성장 과정은 여전히 많은 의문점을 남기고 있습니다.

 특히 우주 나이가 약 10억 년밖에 되지 않았을 때 이미 태양 질량의 수십억 배에 달하는 초대질량 블랙홀이 어떻게 형성될 수 있었는지는 큰 수수께끼입니다.

 이를 설명하기 위해 과학자들은 다양한 이론을 제시하고 있습니다.

 

 한 가지 주목할 만한 연구는 허블 상수(Hubble parameter)가 퀘이사의 초기 성장에 미치는 영향을 분석했습니다.

 이 연구에 따르면, 허블 상수의 값에 따라 z=6(우주 나이 약 9억 년)에서의 퀘이사의 예측 질량이 300% 이상 변할 수 있다고 합니다.

 또한 이 연구는 현재의 허블 상수 값이 무거운 종자 블랙홀(heavy seed black holes) 형성 시나리오를 강력히 지지한다고 주장합니다.

 

 

CREATION.COM 갈무리

퀘이사는 앞으로 어떻게?

퀘이사의 우주 탐사적 역할

 퀘이사는 단순히 흥미로운 천체를 넘어 우주 탐사에 중요한 역할을 합니다.

 그 중 가장 주목할 만한 점은 퀘이사가 우주의 거대 구조를 연구하는 데 있어 중요한 표지(marker)로 사용된다는 것입니다.

 퀘이사는 매우 멀리 있음에도 불구하고 밝기가 매우 강하기 때문에, 우리는 이를 통해 우주의 먼 과거를 들여다볼 수 있습니다.

 또한, 퀘이사는 우주 탐사선의 위치를 정확히 측정하는 데에도 활용되는데 예를 들어, 화성 탐사 로버 MER-B의 위치를 결정하는 데 퀘이사가 기준점으로 사용되었습니다.

 초장기선 간섭계(Very Long Baseline Array, VLBA)를 이용해 탐사선과 각도상 가까운 퀘이사 사이의 상대적 각도 위치를 측정함으로써, 나노라디안(nrad) 수준의 높은 정밀도로 탐사선의 위치를 파악할 수 있었습니다.

 

 퀘이사는 또한 우주의 팽창과 암흑 에너지에 대한 연구에도 중요한 역할을 합니다.

 적색편이 표류(redshift drift) 현상을 관측함으로써 우리는 상호작용하는 암흑 에너지의 특성을 탐구할 수 있습니다.

 이는 우주의 가속 팽창에 대한 우리의 이해를 깊게 하는 데 도움을 줍니다.

 

특이한 퀘이사들

 모든 퀘이사가 동일한 특성을 가지고 있는 것은 아닙니다.

 일부 퀘이사들은 특이한 특성을 보이며, 이는 과학자들의 주목을 받고 있으며 예를 들어, 일부 퀘이사는 다중 Gaia 검출이나 비정상적인 천체측정 특성(큰 고유 운동이나 상당한 천체측정 노이즈)을 보입니다.

 이러한 특이한 퀘이사들은 퀘이사-별 쌍, 이중 퀘이사, 또는 중력 렌즈 효과를 받는 퀘이사의 후보가 될 수 있습니다.

 

 이중 퀘이사(Dual Quasars, DQs)와 중력 렌즈 효과를 받는 퀘이사(Lensed Quasars, LQs)의 탐색은 천체물리학의 여러 분야에서 큰 중요성을 갖습니다.

 최근 연구에서는 SDSS 분광학적으로 확인된 퀘이사 중 Gaia EDR3에서 1 초각 이내에 다중 검출이 있는 143개의 퀘이사를 선별했습니다.

 이 중 2개의 이중 퀘이사 후보와 56개의 중력 렌즈 효과를 받는 퀘이사 후보가 발견되었습니다.

 

퀘이사 연구의 미래

 퀘이사 연구는 계속해서 발전하고 있으며, 새로운 관측 기술과 이론적 모델의 발전으로 더욱 깊이 있는 이해가 가능해지고 있습니다.

 최근의 연구에서는 몬테카를로 방사 전달 및 광이온화 시뮬레이션을 사용하여 원반 바람 모델을 통해 퀘이사의 넓은 방출선에서 관찰되는 청색편이를 설명하려는 시도가 있었습니다.

 또한, 퀘이사의 형성과 초기 성장에 대한 연구도 활발히 진행되고 있습니다.

 특히 우주 초기에 어떻게 이렇게 거대한 블랙홀이 형성될 수 있었는지에 대한 의문은 여전히 많은 과학자들의 관심사입니다.

 

우주 거대 구조 / 나무위키 갈무리

 

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