괴물 블랙홀이 우주 전역의 별 형성을 침묵시키고 있습니다.

“전통적으로 사람들은 은하계가 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 대부분 스스로 진화한다고 생각했습니다.”라고 이번 연구의 주요 저자인 Zhu가 말했습니다. 천체 물리학 저널 편지. “그러나 우리는 한 은하계에 있는 매우 활동적인 초대질량 블랙홀이 수백만 광년에 걸쳐 다른 은하계에 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 은하계 진화가 집단적 노력에 더 가깝다는 것을 시사합니다.”

Zhu는 이 개념을 지구상의 상호 연결된 생태계와 비교하면서 “은하 생태계”라고 설명합니다. “활동적인 초대질량 블랙홀은 생태계를 지배하는 배고픈 포식자와 같습니다.”라고 그는 말했습니다. “간단히 말하면, 물질을 삼키고 근처 은하계의 별이 자라는 방식에 영향을 미칩니다.”

초거대질량 블랙홀을 그토록 강력하게 만드는 이유

블랙홀은 1900년대 초에 처음 제안된 이후 과학자와 대중을 매료시켜 왔습니다. 이 물체들은 우주에서 가장 극단적인 조건 중 일부를 나타냅니다. 중력이 너무 강해서 근처의 물질은 물론 빛까지도 너무 가까이 다가가면 끌어당길 수 있습니다.

은하수 중심에 있는 블랙홀을 포함하여 초대질량 블랙홀이라고 알려진 특별한 범주에는 태양 질량의 수백만 배, 심지어 수십억 배에 달하는 질량이 포함될 수 있습니다. 블랙홀 자체는 볼 수 없지만 주변 물질을 적극적으로 섭취하면 엄청나게 밝아질 수 있습니다.

퀘이사라고 알려진 이 활성 단계에서는 가스와 먼지가 블랙홀 주위에 회전하는 디스크를 형성하여 안쪽으로 떨어지면서 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 이 퀘이사는 너무 강렬하게 빛나서 전체 은하계보다 더 빛날 수 있습니다.

JWST 미스터리가 새로운 발견으로 이어진다

제임스 웹 우주 망원경의 초기 데이터에서는 예상치 못한 사실이 드러났습니다. 천문학자들은 초기 우주에서 가장 밝은 퀘이사 주변 지역에 예상보다 적은 수의 은하가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 큰 은하들은 일반적으로 밀집된 클러스터로 형성되기 때문에 이는 의문을 제기했습니다.

Zhu는 “우리는 당황했다”고 말했다. “비싼 JWST가 고장난 걸까요?” 그는 웃으며 덧붙였다. “그런 다음 우리는 은하가 실제로 거기에 있을 수도 있지만 최근의 별 형성이 억제되었기 때문에 탐지하기 어렵다는 것을 깨달았습니다.”

이러한 통찰력으로 인해 연구자들은 새로운 가능성을 고려하게 되었습니다. 아마도 퀘이사의 강렬한 방사선은 자신의 은하계에 영향을 미칠 뿐만 아니라 근처 은하계의 별 형성도 제한하고 있었을 것입니다.

퀘이사가 별 형성을 억제한다는 증거

이 아이디어를 탐구하기 위해 연구팀은 가장 밝게 알려진 퀘이사 중 하나인 J0100+2802에 집중했습니다. 이 물체는 태양 질량의 약 120억 배에 달하는 초대질량 블랙홀에 의해 구동됩니다. 그 빛은 130억년 이상 여행해왔기 때문에, 10억년이 채 안 됐을 때의 우주를 엿볼 수 있게 해줍니다.

연구팀은 JWST를 사용하여 최근 별 형성을 알리는 이온화된 형태의 산소인 O III의 방출을 측정했습니다. 그들은 퀘이사로부터 약 백만 광년 이내에 있는 은하들이 자외선에 비해 O III 방출이 더 약한 것을 발견했습니다. 이 패턴은 최근 해당 은하에서 별 형성이 억제되었음을 나타냅니다.

Zhu는 “블랙홀은 많은 물질을 ‘먹는’ 것으로 알려져 있지만 활동적인 식사 과정에서 빛나는 퀘이사 형태로 매우 강한 방사선을 방출한다”고 말했습니다. “강렬한 열과 방사선은 광대한 성간 가스 구름을 구성하는 분자 수소를 분리하여 축적되어 새로운별로 변할 가능성을 소멸시킵니다.”

방사선이 별 탄생을 방해하는 방법

별은 다량의 차가운 분자 수소 가스에 의존하는 매우 특정한 조건에서 형성됩니다. 이 가스는 새로운 별을 만드는 원료 역할을 합니다. 과학자들은 퀘이사가 자신의 은하계 내에서 이 가스를 파괴하여 국지적인 별 형성을 효과적으로 차단할 수 있다는 것을 이미 알고 있었습니다.

여전히 불확실한 것은 이 효과가 단일 은하계를 넘어 확장되는지 여부였습니다. 연구자들은 초기 우주에서 퀘이사를 관찰함으로써 이러한 영향이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 멀리까지 도달한다는 강력한 증거를 발견했습니다.

Zhu는 “처음으로 우리는 이 방사선이 은하계 규모로 우주에 영향을 미친다는 증거를 얻었습니다”라고 Zhu는 말했습니다. “퀘이사는 자신의 호스트 은하계의 별뿐만 아니라 최소 백만 광년 반경 내의 인근 은하계에서도 별을 억제합니다.”

JWST가 필수적인 이유

Zhu에 따르면, 이 발견은 제임스 웹 우주 망원경이 없었다면 불가능했을 것입니다. J0100+2802와 같이 매우 먼 물체에서 나오는 빛은 우주 팽창으로 인해 적외선 파장으로 늘어났습니다. 이전 망원경은 이 희미한 적외선을 명확하게 감지할 수 없었습니다.

JWST의 고급 감도를 통해 천문학자들은 이러한 초기 우주 사건을 전례 없이 자세하게 관찰할 수 있으며 은하가 어떻게 형성되고 진화했는지에 대한 새로운 창을 열 수 있습니다.

이것이 은하수와 그 너머에 미치는 영향

은하수 자체는 한때 퀘이사 단계를 겪었을지 모르지만 오늘날에는 활성화되지 않습니다. 연구자들은 이제 그러한 단계가 우리 은하계와 그 이웃 은하계의 발전에 어떤 영향을 미쳤을지 고려하고 있습니다.

연구팀은 앞으로 이 현상이 널리 퍼져 있는지 확인하기 위해 추가 퀘이사를 연구할 계획이다. 그들은 또한 이러한 상호 작용의 메커니즘과 다른 요인이 역할을 하는지 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.

Zhu는 “초기 우주에서 은하들이 어떻게 서로 영향을 미쳤는지 이해하는 것은 우리 은하가 어떻게 탄생했는지 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다.”라고 말했습니다. “이제 우리는 초대질량 블랙홀이 우리가 생각했던 것보다 은하 진화에서 훨씬 더 큰 역할을 했을 수도 있다는 사실을 깨달았습니다. 우주의 포식자 역할을 하며 초기 우주 동안 근처 은하계의 별 성장에 영향을 미쳤습니다.”