132억년 가장 오래된 태초의 블랙홀 발견

132억 년 가장 오래된 태초의 블랙홀 발견

 

NASA제공-가장-오래된-블랙홀과-더-오래된-블랙홀-추정체

 

 

 

미 항공우주국(NASA)이 현지시간으로 2023년 11월 6일 132억 년 전 생성된 블랙홀을 발견했다. 현재까지 발견된 블랙홀 중 가장 오래된 블랙홀이다.

 

찬드라 엑스선 관측선을 통해 확인이 되었고, 6일 기준으로 국제학술지 '네이처 천문학'에 공식 발표된 내용이다.

 

빅뱅 후 4억 7천만 년 후에 생성된 블랙홀로 빅뱅 후에 가장 빠른 별의 생성이 1억 년에서 2억 년 사이일 것으로 추정하고 있기 때문에 이 블랙홀은 별로서의 기간이 2억 7천만 년에서 3억 7천만 년 정도로 짧게 살았을 것으로 추정된다. 천문학계에서는 실제로 불가능한 이야기이다.

 

연구진은 이 블랙홀이 탄생 시점부터 거대했을 것으로 보고 있고 예상 질량은 태양의 1억 배로 추정하고 있다.

 

블랙홀의 나이를 예측하려면 질량을 측정하는데, 질량은 블랙홀이 방출하는 X선의 밝기로 알 수 있다. 이번에 관측된 블랙홀은 해당 은하계의 질량의 10~100%에 해당할 것으로 보고 있다. 우리 은하가 별들의 질량의 0.1%이다. 

 

이번 블랙홀의 발견은 특대형 블랙홀의 첫 번째 발견이라서 천문학계에서는 굉장히 의미 있는 사건인데 이유는 이 블랙홀이 위에서 언급한 것과 다르게 별의 폭발이 아니라 일부의 블랙홀들은 거대한 가스 구름에서 형성된다는 증거가 될 수 있기 때문이다.

 

초기 우주에서 별에서 만들어졌다면 2억~3억만 년 정도만 짧게 살아야 하는 것과 빅뱅 후 초기 우주가 정말 그런 환경이 가능했을까에 대한 생각을 해보면 블랙홀이 성장하는 속도와 따져보면 별의 죽음으로 탄생했다고 보기에 불가능한 이야기이다.

 

현재까지 블랙홀에 대한 연구에 의하면 초신성 폭발에 의한 블랙홀은 아무리 크더라도 태양 질량의 100배를 넘어가기가 이론상으로 어렵기 때문에 거대 가스 구름의 붕괴로 인해 형성되었을 것이라는 가설들이 있었는데, 이 블랙홀이 그 조건에 부합하고 있기 때문이다.

 

블랙홀은 질량에 비례한 성장속도의 한계가 존재하는데 이를 에딩턴 한계라고 한다. 100만 년에 자기 질량의 2%가 최대 성장인데, 이 한계를 유지하면서 10배 커지는데 1억 2천만 년이 걸린다. 따라서 빅뱅 후 1 억년쯤에 바로 별이 탄생했다고 가정하고 무리하게 짜 맞춰서 태양질량의 1000배 큰 별이 탄생했다고 가정하면 수명은 1천만 년 정도로 짧아질 것이고, 그때 블랙홀이 탄생해도 대다수의 질량은 폭발로 우주 곳곳으로 날아가버리고 에딩턴한계에 맞게 블랙홀이 진화하게 된다.

 

질량이 줄지 않고 1000배 그대로 있다고 하더라도, 100억 배의 크기로 커지는 데는 1.2억 년이 7번은 지나야 천만 배 커져서 100억 배가 된다. 아무리 무리해도 시간적으로 9억 년 정도가 필요하다. 이러한 이유로 거대 블랙홀들은 별의 죽음에 의한 탄생이 아니라 다른 이유로 탄생했을 것이라는 가설이 있었는데 이번에 발견된 블랙홀이 빅뱅 후 4억 7천만 년 만에 생성된 블랙홀이기 때문에 거대 가스 구름에서 생성되었을 것이라는 가정을 뒷받침해주고 있다.

 

현재까지 발견된 가장 큰 항성은 태양질량의 320배인 항성이다. 우주 초창기에 1000배에 달하는 항성이 생성되었을 가능성과 짜 맞추고 짜 맞춰서 최초에 1억 배의 질량으로 탄생했다고 했을 때 지금 보는 사이즈와 시간이 맞아떨어진다. 폭발에 의한 질량감소가 없어야 하기 때문에 불가능한 가정이다. 

 

그런 이유로 별의 죽음에 의한 블랙홀은 태양질량의 100배 정도가 한계로 보고 있다. 연구에 의해서 보도가 정정되는 경우들이 존재하기 때문에 이번에 발견된 블랙홀의 질량이나 생성시기가 바뀔 수는 있겠지만 이 블랙홀의 발견은 초기 우주의 연구에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다.

 

이번에 발견된 거대블랙홀 보다 2900만 년 더 오래된 블랙홀 추정체도 발견되었는데 제임스웹 우주망원경을 통해서 관측되었고, 블랙홀이 맞는지 정확한 분석을 위해 X선 관측이 진행 예정에 있다.

 

우주의 초창기를 연구하면 앞으로 더 커지는 우주에 대한 이해속도를 더 넓힐 수 있지 않을까 기대가 커진다.