은하의 중심에 존재하고 물질을 기세 좋게 뿜어내면서 1조 개의 항성에 필적하는 파워로 밝게 빛나는 천체가 퀘이사입니다. 때로는 은하를 파괴할 정도의 놀라운 파워를 지닌 퀘이사에 대해 과학을 다루는 YouTube 채널 Kurzgesagt가 애니메이션으로 설명했습니다.
The Black Hole That Kills Galaxies - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=V4Z8EdiJxgk
퀘이사는 비교적 작은 천체이지만 기본적으로 은하의 중앙에 존재하고 1조 개분의 항성에 필적하는 밝기로 빛나며 물질을 뿜어내고 있는 천체입니다.
퀘이사는 현존하는 가장 밝고 강력한 천체로 알려져 있으며 주위의 우주를 완전히 바꾸어 버릴 가능성이 시사되고 있습니다.
그런 퀘이사의 발견은 1950년대에 우주의 곳곳에서 수수께끼의 강력한 전파가 발생하고 있다는 것을 천문학자가 알게 되면서 시작됩니다. 전파의 발생원은 천체망원경에서는 내부구조를 확인할 수 없었고 전파망원경을 이용해야 비로소 관측이 가능한 천체인 것으로 판명되었습니다.
이 천체는 광원이 항성처럼 점으로 보이는 천체였기 때문에 "준항성상 전파원(quasi-stellar radio source)"이라고 명명되었습니다. 또한 약어로 '퀘이사(Quasar)'라고도 합니다.
퀘이사에는 깜박이는 천체와 전파를 방출하는 천체, X선이나 가시광선을 방사하는 천체가 존재하는 것으로 알려져 있습니다.
퀘이사의 스펙트럼은 강한 적색편이를 가지는 데 우주의 팽창에 수반하여 광속의 30% 이상이라고 하는 엄청난 속도로 지구로부터 멀어지는 것처럼 보이는 먼 천체인 것으로 판명되었습니다.
지구로부터 수십억 광년이나 떨어져 있어도 밝고 크게 보이는 원인은 퀘이사의 실제 밝기는 우리은하가 발하는 밝기의 수천 배이기 때문입니다.
천문학자들은 지금까지 총 100만 개 이상의 퀘이사를 발견했으며 모두 지구에서 멀리 떨어져 있는 것으로 밝혀졌습니다.
또 퀘이사 대부분이 먼 곳에 있어 빅뱅으로부터 30억 년 후라는 우주 형성의 초기에 수의 피크를 맞이했던 것으로 추정되고 있습니다.
빅뱅으로부터 30억 년 후라는 미성숙한 우주 초기 단계에서 퀘이사가 격렬하게 빛나는 에너지를 낳을 수 있는 요인은 '초거대 블랙홀'에 있습니다.
대다수 은하의 중심에도 존재하는 것으로 여겨지는 초거대 블랙홀 주위의 가스나 먼지가 흡입될 때 블랙홀의 주위를 돌면서 원반을 형성합니다. 이 원반은 '강착원반(Accretion Disk)'이라고 불립니다.
블랙홀에 흡입되는 물질은 사건의 지평면을 넘어서기 전에 광속에 가까운 속도로 이동하여 엄청난 운동에너지와 함께 블랙홀에 흡수됩니다. 블랙홀에 흡입되는 물질이 방출하는 에너지는 핵융합에서 발생하는 에너지의 약 60배에 달하는 것으로 생각되고 있습니다.
강착원반 내에서는 물질끼리의 마찰로 온도가 섭씨 수십만도 이상으로 상승해 물질이 플라즈마화됩니다. 그 때문에 강착원반으로부터는 X선이나 가시광선, 전파 등의 다양한 전자파가 맹렬한 기세로 방출됩니다.
이처럼 활발하게 활동하는 은하의 중심부분은 '활동은하핵'으로 불리며 퀘이사는 이 활동은하핵의 1종으로 여겨지고 있습니다.
현재의 우주 크기의 약 3분의 1이었던 우주의 초기에는 가스와 먼지가 현재보다 격렬하게 부딪치고 강한 마찰열이 발생했습니다. 그 때문에 활발한 퀘이사가 많이 형성되어 있었다고 생각되고 있습니다.
특히 활발한 퀘이사는 "제트"라고 불리는 수십만 광년의 크기로까지 성장하는 거대한 물질의 빔을 방출하는 것으로 알려져 있습니다.
그러나 격렬한 제트는 별의 형성에 필요한 가스를 과도하게 가열해 버려서 별의 형성이 정지합니다. 뿐만 아니라 제트가 가스를 은하 밖으로 밀어내면 퀘이사뿐만 아니라 은하도 기아상태가 되어 새로운 별의 원료를 잃게 됩니다.
한편으로 발생한 충격파나 퀘이서로부터의 제트에 의해 가스가 압축되어 단기간은 새로운 별을 형성할 수 있습니다. 또 제트에 의해 압출된 가스는 은하계에 들어오는 가스와 섞여 재활용됩니다.
그러나 한번 기아상태에 빠진 퀘이사는 초거대 블랙홀만을 남기고 소멸한다고 생각되고 있습니다.
또한 지금까지 지구가 속한 우리은하에 한때 퀘이사가 존재했는지에 대해서는 밝혀지지 않았습니다.
그러나 우리은하의 중심에 존재하는 '궁수자리A*'가 태양의 400만 배 질량으로 성장했기 때문에 한때 퀘이사가 있었을 가능성이 시사되고 있습니다.
수십억 년 후 우리은하와 안드로메다 은하가 충돌했을 때에는 중심부의 블랙홀끼리가 합체해 새로운 초거대 블랙홀이 형성됨과 동시에 새로운 퀘이사가 탄생할 가능성이 있습니다.
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