퀘이사에 관한 이야기 (두 번째 이야기)

▶퀘이사에 관한 이야기 (두 번째 이야기)

 

3. 퀘이사의 크기와 질량

몇몇 퀘이사는 가시광선과 엑스선 영역에서 빠른 밝기 변화를 보입니다. 이러한 밝기 변화는 몇 시간, 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 일어나는데, 이러한 변화 시간을 측정함으로써 퀘이사의 빛이 나오는 영역의 크기를 추측할 수 있다고 합니다. 이는 퀘이사의 밝기가 관측 가능할 정도로 충분히 변화하기 위해서는 퀘이사의 모든 부분들이 함께 변해야 하는데, 이를 위해서는 정보가 퀘이사 전체에 전달되는 만큼의 시간 즉, 빛이 퀘이사를 가로지르는데 걸리는 시간이 필요하기 때문입니다. 

 

예를 들어 어떤 퀘이사가 가시광에서 하루에 걸쳐 밝기가 변한다면 이 퀘이사에서 가시광선을 내는 부분의 크기는 대략 1광일 보다 작다고 추측할 수 있습니다. 이렇게 관측된 퀘이사는 약 태양계 전체의 크기 정도밖에 되지 않습니다. 밝기 변화가 일어나는 이유는 아마 지구 방향을 가리키고 있는 제트의 상대론적 분사출과 관계있는 것으로 추측됩니다. 

 

천문학자들은 반향 측량법이라는 관측 기술을 이용하여 퀘이사의 질량을 측정하였는데, 퀘이사의 질량은 매우 큰 것으로 밝혀졌다고 합니다.

 

퀘이사의 빛이 나오는 영역의 크기가 작은데도 불구하고 엄청난 에너지를 낸다는 것은 퀘이사의 에너지 밀도가 매우 크고, 그 에너지를 내는 기작이 매우 효율적임을 의미합니다. 퀘이사가 처음으로 발견된 1960년대에는 이렇게 강한 에너지를 낼 수 있는 방법이 알려져 있지 않았으므로 퀘이사의 정체에 대해 많은 논란이 있었지만, 블랙홀로 떨어지는 물질의 중력 에너지가 그 에너지원이라는 것이 밝혀지면서 이러한 논란은 해결되었다고 합니다.

 

 

4. 퀘이사의 에너지원

퀘이사의 에너지원은 퀭 중심의 무거운 블랙홀로 빠져 들어가는 물질의 중력 에너지입니다. 이런 기작으로 인해 밝게 빛나는 은하들을 일반적으로 활동은하라고 합니다. 빛은 퀘이사 중심의 블랙홀에서 탈출할 수 없으므로, 퀘이사에서 나오는 에너지는 블랙홀의 사건 지평선 바깥쪽에 위치한 원반에서 발생합니다. 블랙홀로 떨어지는 물질은 가지고 있던 각운동량 때문에 블랙홀 중심을 향해 곧바로 떨어지지 않고, 블랙홀 주위에서 회전하는 원반을 형성하게 되는데, 이러한 원반을 강착 원반이라고 부릅니다. 강착 원반의 물질은 회전하면서 블랙홀로 떨어지고 있으며, 이때 물질의 중력 에너지가 강력한 마찰에 의해 빛 에너지로 바뀌게 됩니다.

 

퀘이사의 성질이 대부분의 활동 은하와 유사하기 때문에, 퀘이사의 방출 현상 역시 보다 작은 활동 은하의 그것과 비교해서 생각해 볼 수 있습니다. 10의 40승 W의 광도를 발생시키기기 위해 초대질량 블랙홀은 매년 태양 10개의 질량에 상당하는 물질을 먹어치워야 한다고 합니다. 현재까지 발견된 퀘이사 중 가장 밝은 것들은 매년 1000M의 질량을 빨아들인다고 여겨집니다.

 

비교적 가까이 있는 수 십개의 은하를 관측한 결과, 퀘이사처럼 강한 에너지를 내지는 않지만 비슷한 질량을 가지고 있는 매우 무거운 블랙홀들이 발견되었습니다. 따라서 모든 대형 은하는 중심에 블랙홀을 가지고 있는 것으로 보이며 이 블랙홀에 물질이 공급되는 일부의 경우 강한 에너지를 방출하는 퀘이사로 관측된다고 생각됩니다. 공급되는 물질이 소진되면 퀘이사의 활동은 멈추게 되지만 은하 사이의 충돌이나 상호작용 때문에 새로운 물질이 공급될 경우 다시 퀘이사 활동이 시작될 수 있다고 합니다.

 

 

5. 퀘이사의 주변 환경와 모은하

퀘이사는 주로 폭발적으로 별을 만들어 내는 은하들에서 주료 발견됩니다. 따라서 은하의 별 생성과 중심의 블랙홀 성장은 함께 이루어지는 것으로 보이지만, 이 두 가지의 과정이 어떻게 상호작용을 하는지는 아직 정확히 알려져 있지 않으며, 외부은하 천문학의 활발한 연구 주제 주의 하나입니다.

 

예를 들어, 퀘이사로부터의 물질 방출이 은하의 별 생성을 멈추기도 하고, 퀘이사의 강한 제트가 은하단의 뜨거운 가스들이 식어서 별을 만드는 것을 방해한다고 알려져 있습니다.

 

일반적으로 퀘이사는 자신이 속한 모 은하 보다 훨씬 밝은 빛을 내기 때문에, 모 은하 자체는 이 빛에 가려서 관측하기가 쉽지 않습니다. 그러나 코로나 그래프라는 기기를 이용하여 퀘이사의 빛을 가리고 사진을 찍으면 퀘이사의 모은하를 관측할 수 있다고 합니다.

 

 

 

 

오늘의 포스팅은 여기까지입니다. 

오늘도 장문의 글 정독해주셔서 정말 감사합니다.

그럼 다음 포스팅에서 뵙겠습니다.