우주에서 가장 신비로운 천체 - 퀘이사

우주에서 가장 신비로운 천체 퀘이사란 무엇일까?

 

 

퀘이사(QUASAR)의 정식 명칭은 "quasi-stellar radio sources"로서, 직역하자면 준항성 전파원이다.

이것은 1950년대 초기에 발견된 퀘이사들이 주로 빛과 전파의 형태로 막대한 양의 에너지를 방출하는 모습에 착안하여 붙여진 이름이지만 그 이후엔 전파를 내지 않는 단순 준성체(QSO)들도 많이 발견되었다.

 

처음 발견된 당시 학자들은 퀘이사에 대해 우리 은하 내의 흔한 별 중의 하나라고 생각했다.

그 이유는 겉보기에도 은하와는 달리 별처럼 보였고, 매우 밝았으며 짧은 기간에 밝기가 변화를 일으키는 현상이 관측되는 점으로 보아 거리상 위치도 외부은하가 아닌 우리 은하 내에 존재하는 별이라 여겼기 때문이다.

 

하지만 그 이후 천문학자들의 연구가 이루어지며 놀라운 사실이 드러났는데, 그것은 거리를 측정할 때 사용되는 빛을 분광하여 얻은 스펙트럼 분석 결과가 기존의 발견된 천체들과는 일치하지 않았던 것이다.

보통 가까워지는 별의 경우는 청색편이가 나타나고 멀어지는 경우는 적색편이가 나타나는데 퀘이사는 극단적인 적색편이 패턴을 보였던 것이다. 이것은 관찰하는 우리와 매우 빠른 속도로 멀어지고 있다는 것을 뜻하며, 그것은 퀘이사와의 거리가 매우 멀리 떨어져 있어 우리 은하 내에 위치하는게 아니라 수억에서 수백억 광년 이상 떨어진 천체라는 증거였다.

 

이러한 사실이 밝혀진 직후 학자들은 다시 새로운 의문에 휩싸였는데, 그것은 퀘이사의 매우 밝은 광도 때문이었다.

그 정도로 멀리 떨어져 있는 천체가 은하보다도 밝게 빛나고 있었으니 그 의문은 당연한 것이었고, 당시에는 블랙홀조차 그 존재가 증명되지 않았던 터라 그 수수께끼는 몇 십 년 동안 천문학자들을 괴롭혀 왔다.

 

퀘이사가 우주론적 거리에 있다면 우리 은하 전체보다 수백 배나 밝아야 한다는 점 때문에 퀘이사의 정체에 대한 논란은 2000년대 초반까지 이어졌다. 특히 어떤 퀘이사들은 수시간에서 수일에 걸쳐 밝기 변화를 일으키는 것으로 관측됐는데, 이는 막대한 에너지를 뿜어내고 있는 이 퀘이사의 주 에너지원이 커봐야 태양계 정도밖에 되지 않는다는 것을 뜻했다.

 

이후 천문학의 발달로 블랙홀에 대한 발견과 그 연구가 이루어진 후 퀘이사에 대한 여러 가설이 제기되었는데, 현재로서는 강착원반으로 알려진 뜨거운 가스와 먼지의 회전하는 원반으로 둘러싸인 퀘이사 중심의 초대질량 블랙홀에 의해 동력을 얻는 것으로 여겨진다. 물질이 강착원반에서 블랙홀로 떨어지면서 복사의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출하여 퀘이사가 전자기 스펙트럼에 걸쳐 밝게 빛나게 한다는 것이다.

 

 

그것들은 종종 강착원반의 가스와 고에너지 방사선의 상호작용에 의해 야기되는 일련의 넓은 방출선을 보여준다.

이 방출선은 가스의 화학적 조성과 물리적 특성뿐만 아니라 블랙홀에 대한 가스의 움직임을 결정하는 데 사용된다. 이러한 사실들을 기반으로 퀘이사의 스펙트럼을 연구함으로써 천문학자들은 초기 우주의 가스와 먼지의 특성뿐만 아니라 블랙홀의 사건 지평선 근처의 조건에 대한 비밀을 풀기 위해 지금도 노력하고 있다.

 

 

퀘이사를 통한 천문학의 발전

 

현대 천체물리학에서 퀘이사를 통한 많은 연구가 이루어지면서 그에 따라 다양한 방면에서 발전이 이루어져 왔다.

그 면면을 살펴보면,

 

퀘이사는 전파에서 X선 및 감마선에 이르기까지 전체 전자기 스펙트럼에 걸쳐 에너지를 방출하는 것으로 밝혀졌다. 이 광범위한 방출은 블랙홀 근처와 주변 부착 원반에서 발생하는 물리적 프로세스에 대한 귀중한 정보를 제공하였다.

 

퀘이사는 우주 시간에 걸쳐 초대질량 블랙홀의 성장을 연구하는 데 사용되었으며, 퀘이사와 주변 강착원반에 동력을 공급하는 블랙홀의 질량을 측정함으로써 천문학자들은 이 블랙홀이 불과 몇 억년 만에 태양 질량의 수십억 배까지 커질 수 있다는 사실을 발견하였다.

 

퀘이사는 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 빛이 지구에 있는 우리에게 도달하기까지는 수억에서 수백억 년이 걸린다. 그것은 우리가 관찰하게 되는 퀘이사는 그만큼 과거의 모습으로 보이게 된다는 점에서 초기 우주의 귀중한 연구 자료로써 천문학자들에게 먼 과거 은하의 조건과 진화 과정을 연구할 수 있는 정보를 제공하였다.

 

퀘이사는 또한 은하 사이의 공간을 채우는 가스와 먼지의 광대한 우주웹인 은하 간 매체를 연구하는 데 사용되었다. 퀘이사의 강렬한 복사는 주변 가스를 이온화하여 퀘이사 이온화 전선으로 알려진 고에너지 플라즈마 영역을 생성할 수 있다. 퀘이사가 은하간 매질에 미치는 영향을 연구한다는 것은 우주의 대규모 구조와 은하의 형성과 진화를 지배하는 과정의 실마리를 풀기 위한 단서를 제공한다.

 

 

마치며,

 

우주는 아직 비밀이 많은 무궁무진한 영역이며, 인간의 사고와 논리로는 이해할 수 없는 많은 일들이 지금도 벌어지고 있는 곳이다. 현재 수많은 학자들이 이런 비밀을 풀기 위해 노력하고 있으며, 훗날 그 판도라의 상자가 열리게 됐을 때 우리는 또 어떤 모습으로 우주를 바라보게 될지 매우 기대가 된다.