웹 망원경이 130억 년 된 블랙홀을 직접 측정했다 — 자신의 은하보다 먼저 형성된 것으로 밝혀져

은하 Abell2744-QSO1에 있는 블랙홀의 질량은 태양의 5000만 배다. 나머지는 모두 모은하에 있다. 이 비율은 기존 모든 모델과 모순된다. 오늘날 관측 가능한 어떤 은하에서도 중심 블랙홀은 전체 별 질량의 극히 일부에 불과하다. 여기선 블랙홀이 전체의 3분의 2다.

이 불균형에는 구체적인 설명이 있으며, 그 설명은 은하와 블랙홀의 공동 진화에 관한 기존 이해를 뒤집는다. 연구팀은 은하의 금속 함량을 측정했다. 별이 일생 동안 만들어 내는 수소와 헬륨보다 무거운 원소의 농도다. 결과는 태양의 0.5퍼센트 미만이었다. 이 거의 0에 가까운 수치는 웹이 관측한 시점에 이 은하에서 태어나고 죽은 별이 매우 적었다는 뜻이다. 블랙홀은 본질적으로 처녀 상태의 막 태어난 은하 안에서 이미 거대했다.

이 발견은 웹이 처음으로 가능하게 한 기법 덕분이다. 블랙홀 근처를 공전하는 가스의 움직임과 성분을 지도로 만들어 — 측정 가능한 속도로 안쪽으로 끌려 들어가는 뜨거운 플라스마 — 케임브리지 대학교 Roberto Maiolino 팀은 이론적 추정에 의존하지 않고 질량을 직접 계산했다. 우주 탄생 후 첫 10억 년 이내 블랙홀의 질량을 직접 측정한 건 이번이 처음이다.

표준 우주론 모형은 은하와 중심 블랙홀이 수십억 년에 걸쳐 합병, 가스 유입, 항성 피드백 순환을 통해 서로 먹이며 함께 성장한다고 본다. Abell2744-QSO1은 이 그림을 깨뜨린다. 은하는 블랙홀에 비해 너무 원시적이고 작아 둘이 함께 진화했다고 볼 수 없다. 무언가가 이 블랙홀을 매우 이른 시기에 만들어냈다. 거대한 원시 가스 구름의 직접 붕괴이거나 최초 세대 거대 별에서 태어난 블랙홀일 가능성이 크다. 그 후 은하가 그 주변에서 성장했다.

결과가 확정적이지는 않다. 극한 거리에 있는 단 하나의 천체로는 은하 형성 이론을 전면 수정하기에 부족하다. 케임브리지 팀은 측정값이 블랙홀을 둘러싼 가스 원반의 기하학적 구조에 관한 가정에 의존하며, 웹 관측이 사건 지평선 근처의 가장 작은 규모를 완전히 분해하지 못한다고 밝혔다. 독립적 확인을 위해선 비슷한 거리의 추가 천체가 필요하다.

그 천체들이 오고 있다. Abell2744 은하단 같은 알려진 은하 과밀 지역을 겨냥한 웹의 지속 관측이 필요한 샘플을 제공할 것이다. Maiolino 팀은 같은 영역의 추가 후보 천체를 이미 분석 중이다. 빅뱅 이후 첫 10억 년 블랙홀 질량에 대한 첫 직접 조사가 이제 시작됐다.

태그: 천문학