스페이스 클럽 천문학자들이 역대 가장 먼 초질량 블랙홀 동력 블레이저를 탐지했다: 시간의 새벽에서 온 우주적 신호

[발사대]

"약 110억 년 전, 우주는 '우주 정오'라 불리는 절정기 활동을 경험했으며, 별과 은하가 형성되는 속도가 매우 급격한 시기를 특징으로 합니다."

초질량 블랙홀 동력 블레이저의 일러스트 (이미지 출처: Robert Lea (Canva로 제작))

천문학자들은 가장 먼 곳에서 가장 이른 블레이저를 발견했는데, 이는 플라즈마 제트를 지구를 향해 분출하는 초대질량 블랙홀로 이루어져 있습니다.

블레이저는 초대질량 블랙홀이 막대한 양의 가스와 먼지로 둘러싸여 활동은하핵(AGN)이라고 불리는 영역에서 발생한다. 이 우주 타이탄들의 엄청난 중력은 주변 가스와 먼지를 밝게 빛나게 하며, 이를 지닌 은하의 모든 별들의 합친 빛보다 빛을 더 강하게 빛낼 수 있습니다. 하지만 그게 전부가 아니다; 먹히지 않은 물질은 블랙홀의 극지방으로 전달되어, 거기서 거의 빛에 가까운 속도로 움직이는 쌍둥이 플라즈마 제트로 분출됩니다.

이 현상들을 퀘이사라고 부르지만, 제트가 시야를 따라 곧장 향할 때 퀘이사는 블레이저로 분류됩니다. 이 고에너지 블레이저(블레이저 OP 313)에서 나온 빛은 80억 년 동안 지구로 이동해 왔으며, 이는 빅뱅 이후 불과 50억 년 만에 우주 역사에서 중요한 과도기적 시기를 맞이한 것으로 간주됩니다.

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Talking Blazars With Astrophysicist Joe Pesce

"약 110억 년 전, 우주는 별과 은하의 형성이 매우 빠른 시기인 '우주 정오'로 알려진 정점의 활동을 경험했습니다,"라고 연구팀 멤버 악셀 아르베-엥겔스가 성명에서 말했습니다. 이 격렬한 활동 시기가 느려지고 은하들이 진화하고 성숙해지기 시작하자, 우주는 더 평온한 단계에 들어갔고, 이는 오늘날까지 계속되고 있습니다."

우주 정오의 새벽

우주 정오는 OP 313이 감마선 형태로 매우 고에너지 광자를 강력하게 방출한 시기를 의미한다.

이 방출은 2023년 12월에 처음 관측되었으며, 천문학자들은 스페인 라팔마의 로케 데 로스 무차코스 천문대에 위치한 대형 망원경(LST-1) 프로토타입과 대형 대기 감마선 영상 체렌코프(MAGIC) 망원경으로 이 발견을 추적했습니다.

이 실험은 80억 광년 떨어진 곳에서 기원한 고에너지 감마선을 드러냈습니다. 이 감마선 분석은 이 블레이저 중심에 있는 초대질량 블랙홀이 우주 입자 가속기 역할을 한다는 사실을 밝혀냈습니다.

이 감마선들이 우주를 가로지르면서, 우주 역사상 모든 별, 은하, 기타 AGN에서 누적된 복사선, 즉 외은하 배경복사(EBL)와 상호작용했습니다.

감마선이 이 화석 빛과 상호작용하면 전자-양전자 쌍을 생성하는데, 이를 쌍 생성이라고 합니다. 이로 인해 이 신호 내 감마선 광자의 수가 줄어듭니다. LST-1과 MAGIC을 이용해 이 고갈을 특성화하여, 강렬한 감마선 방출이 이른바 '상대론적' 전자 집단의 밀집된 집합체에 의해 촉진된다는 사실을 밝혀냈다. 상대론적이라는 것은 빛의 속도에 가까운 속도로 이동하는 것을 의미하며, 블레이저의 중심 초대질량 블랙홀이 이 입자들을 가속시키는 엔진이 된다.

이 그래프는 EBL 연구에 사용된 150개의 블레이저(녹색 점) 위치를 보여줍니다. 이미지는 2012년 11월 1일 공개되었습니다. (이미지 출처: NASA/DOE/페르미 LAT 협력)

"렙토닉 시나리오로 알려진 이 시나리오에서, OP 313의 중심 초대질량 블랙홀에서 방출된 강력한 플라즈마 제트 내에서 전자들이 빛의 속도에 가까운 속도로 가속되었다"고 제네바 대학교의 도메니코 델라 볼페 팀원이 말했다. "블랙홀을 둘러싼 저에너지 광자와 충돌하면, 전자들은 상당한 에너지 일부를 이 광자들에게 전달하여 매우 높은 에너지 감마선에 해당하는 에너지 수준으로 이끌어냅니다."

즉, 이러한 발견은 인류가 지금까지 감지한 가장 강력한 우주 현상 중 하나인 퀘이사에 대한 이해에 있어 중요한 진전이 될 수 있음을 의미합니다.

이 연구팀은 화요일(10월 6일) 학술지 Astronomy and Astrophysics에 발표되었습니다.

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