국내연구팀, 128억년 전 거대질량 블랙홀 발견했다

↑ 한국 연구팀이 관측한 퀘이사 ‘IMS J2204+0111’의 이미지. 지구로부터 멀리 떨어져 있어 붉게 관측된다. <사진 = 한국천문연구원>

한국천문연구원 등 국내 연구팀이 128억년 전의 거대질량 블랙홀 천체인 퀘이사를 발견했다. 빅뱅 이후 10억년 간 어두었던 초기 우주를 밝힌 원인 천체가 무엇인지 규명하는데 중요한 역할을 할 전망이다.
한국천문연구원 은하진화그룹 김민진 박사, 서울대학교 물리천문학부 임명신 교수 등 연구팀은 세계 최대 규모인 구경 8m 망원경 두 대를 보유한 제미니 천문대 관측시설을 활용해 ‘퀘이사’를 관측하는데 성공했다.
퀘이사는 은하보다 수 배에서 최대 수백 배나 밝게 빛나는 천체다. 은하 중심에 위치한 초거대질량 블랙홀 주변으로 별과 가스가 떨어질 때 나오는 마찰열에 의해 빛을 낸다. 초기 우주 빛의 주 원천이 되는 천체로 알려져 왔다.
우주는 빅뱅 이후 수 억 년이 지난 후 최초의 천체들이 탄생하면서 서서히 밝아진 것으로 알려져 있다. 빛의 원천에 대해선 퀘이사 등 수많은 가능성에 대한 논의가 진행 중이다.
퀘이사가 빛의 원천이라면 초기 우주에 퀘이사가 얼마나 많이 존재했는지를 알아야 한다. 퀘이사 중에서도 은하보다 10배 정도 밝은 ‘보통 밝기 퀘이사’의 수를 파악하는게 중요하다. 문제는 보통 밝기 퀘이사는 지구로부터 매우 멀리 떨어져 있어 발견이 어려웠다는 점이다.
국내 연구팀은 2010년부터 광시야 적외선 관측이 가능한 UKRIT 4m 망원경을 비롯해 미국 맥도널드 천문대 2.1m 망원경, 하와이 CFHT 3.6m 망원경 등을 활용해 퀘이사 후보 탐사를 계속해왔다. 퀘이사 후보들을 선별해왔지만 천체의 거리 등을 정확히 파악하기 위해선 고성능 망원경을 사용한 관측이 필요했다.
한국천문연구원은 올해 제미니 천문대와 협력관계를 맺고 구경 8m 망원경으로 퀘이사를 찾아나섰다. 그 결과 세계 3번째로 초기 우주의 보통 밝기 퀘이사를 발견할 수 있었다. 연구팀은 이번에 발견한 퀘이사를 ‘IMS J220417.92+011144.8(IMS J2204+0111)’이라고 명명했다. 이 퀘이사의 중심에는 태양 질량의 10만~100만배에 달하는 거대질량 블랙홀이 있는 것으로 추정된다.
한국천문연구원은 “초기우주 퀘이사 발견은 앞으로 초기우주 천체의 역사를 제대로 이해할 수 있는 발판을 제공했다는 점에서 의의가 있다”며 “보통 밝기 퀘이사를 추가적으로 발견하고 그들의 질량을 측정하면 초기 우주 천체의 역사를 제대로 이해할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
[이영욱 기자]