오늘날 망원경의 대폭 향상된 기능 덕분에 천문학 자들은 우주를 더 깊이 파고 들어가고 있습니다. 그렇게함으로써 그들은 빅뱅 이후 우주가 어떻게 진화했는지에 대한 오랜 신비를 다룰 수있었습니다. 이러한 미스터리 중 하나는 초기 우주에서 형성된 은하 진화에 결정적인 역할을하는 초 거대 블랙홀 (SMBH)입니다.
국제 천문학 자 팀은 칠레에서 ESO의 VLT (Very Large Telescope)를 사용하여 빅뱅 (약 12.5 억 년 전) 이후 약 15 억 년 후에 은하계를 관찰했습니다. 놀랍게도, 그들은 SMBH를위한 충분한“식품 공급원”을 제공 할 수있는 차가운 수소 가스의 큰 저수지를 관찰했다. 이 결과는 Cosmic Dawn으로 알려진 기간 동안 SMBH가 얼마나 빠르게 성장했는지 설명 할 수 있습니다.
이 팀은 맥스 플랑크 천문학 연구소 (MPIA)와 맥스 플랑크 천체 물리 연구소 (MPA)의 Emanuele Paolo Farina 박사가 이끌었습니다. 그는 MPIA와 MPA, 유럽 남부 천문대 (ESO), UC 산타 바바라, Arcetri 천체 물리 관측소, 볼로냐의 천체 물리학 및 우주 과학 관측소, 그리고 Max Planck 외계 물리 연구소 (MPEP)의 연구원들과 합류했습니다.
수십 년 동안 천문학 자들은 대부분의 은하의 핵심에 존재하고 그들의 활동 은하 핵 (AGN)에 의해 식별되는 SMBH를 연구 해 왔습니다. 퀘이사라고도하는이 핵들은 은하계의 다른 별들보다 더 많은 에너지와 빛을 방출 할 수 있습니다. 지금까지 관찰 된 가장 먼 것은 ULAS J1342 + 0928이며, 137 억 광년 떨어져 있습니다.
첫 번째 별이 빅뱅 (약 138 억 년 전) 이후 10 만 년 만에 형성되었다고 가정하면, 이는 SMBH가 첫 번째 별에서 죽기까지 빠르게 형성되어야했음을 의미합니다. 그러나 지금까지 천문학 자들은이 빠른 성장을 설명하기 위해 초기 우주에서 충분한 양의 먼지와 가스를 발견하지 못했습니다.
또한, Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA)로 수행 된 이전의 관측에 따르면 초기 은하에는 많은 먼지와 가스가 포함되어있어 빠른 별이 형성되었다. 이 발견은 블랙홀을 공급하기 위해 남은 재료가 많지 않았으며, 그렇게 빨리 성장하는 방법에 대한 수수께끼를 심화 시켰습니다.
이를 해결하기 위해 Farina와 그의 동료들은 VLT의 MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) 장비에서 수집 한 데이터를 사용하여 약 254 억 광년 거리에서 31 개의 퀘이사를 조사했습니다 (따라서 12.5 억 년 전의 모습을 관찰). 이것은 그들의 초창기 우주에서 가장 큰 퀘이사 표본 중 하나입니다. 그들이 발견 한 것은 12 개의 확장되고 놀랍게도 조밀 한 수소 구름이었다.
이 수소 구름은 UV 광선의 특징적인 빛으로 식별되었습니다. 거리와 적색 편이 (우주 팽창으로 인해 빛의 파장이 늘어난)의 효과를 고려할 때, 지구 망원경은 광선을 적색 광선으로 인식합니다. Farina가 MPIA 보도 자료에서 설명했듯이 :
“빛나는 가스에 대한 가장 가능성있는 설명은 형광 메커니즘입니다. 수소는 퀘이사의 에너지가 풍부한 방사선을 특정 파장의 빛으로 변환하며, 이는 희미하게 빛납니다.”
태양 질량의 수십억 배에 달하는 시원하고 밀도가 높은 수소의 구름은 초기 은하계 주위에 후광을 형성하여 중앙 블랙홀에서 10 만 광년 연장되었다. 일반적으로 퀘이사 주변의 구름을 감지하는 것은 매우 어렵습니다. 그러나 Farina가“게임 체인저”라고 묘사 한 MUSE 악기의 감도 덕분에 팀은 그것들을 훨씬 빨리 발견했습니다.
MPIA의 연구원이자이 연구에 기여한 Alyssa Drake는 다음과 같이 말했습니다.
“현재의 연구를 통해, 우리는 최초의 초대형 블랙홀이 어떻게 그렇게 빨리 발전 할 수 있었는지 조사하기 시작했습니다.. 그러나 MUSE와 미래의 제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope)과 같은 새로운 도구는 이러한 흥미로운 퍼즐을 풀도록 도와줍니다.”
연구팀은이 가스 후광이 은하와 밀접하게 연결되어 있으며, 빠른 별 형성과 초대형 블랙홀의 성장을 유지하기위한 완벽한“식품 공급원”을 제공하고 있음을 발견했습니다. 이러한 관측은 우주 역사 초기에 초 거대 블랙홀이 어떻게 존재할 수 있는지에 대한 수수께끼를 효과적으로 해결합니다. Farina는 다음과 같이 요약합니다.
“우리는 이제 최초의 은하계가 환경에서 초 거대 블랙홀의 성장과 활발한 별 형성을 유지하기에 충분한 음식을 가지고 있음을 처음으로 증명할 수 있습니다.. 이것은 천문학 자들이 120 억 년 전에 우주 구조가 어떻게 형성되었는지를 묘사하기 위해 구축하고있는 퍼즐에 근본적인 부분을 추가합니다.”
앞으로 천문학 자들은 초기 우주에서 은하와 SMBH를 연구 할 수있는 훨씬 더 정교한 도구를 갖게 될 것이며, 이는 고대 가스 구름에 대한 더욱 자세한 내용을 밝혀 줄 것입니다. 여기에는 ESO의 매우 큰 망원경 (ELT)과 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)과 같은 우주 기반 망원경이 포함됩니다.
팀의 결과를 설명하는 연구는 12 월 20 일호에 나타났습니다. 천체 물리 저널.
