지난 수십 년 동안 천문학 자들은 우주의 거의 처음으로 우주를 더 깊이 들여다 볼 수있었습니다. 그렇게하면서 그들은 우주에서 가장 초기 은하들과 그 이후의 진화에 대해 많은 것을 배웠습니다. 그러나, 초 거대 블랙홀 (SMBH)을 가진 은하와 거대한 제트기가 처음 등장했을 때와 같이 여전히 한계를 벗어난 것들이 여전히 있습니다.
SISSA (International School for Advanced Studies)와 일본과 대만의 천문학 자 팀의 최근 연구에 따르면 빅뱅 이후 8 억 년 만에 초 거대 블랙홀이 어떻게 형성되었는지에 대한 새로운 통찰력과 20 억 년 미만의 상대 론적 제트기 후. 이 결과는 우리 우주의 거대한 물체가 생각보다 빨리 형성되는 방법을 보여주는 증가하는 사례의 일부입니다.
천문학 자들은 SMBH에 대해 반세기 이상 알고 있습니다. 시간이 흐르면서, 그들은 은하계를 포함한 대부분의 거대한 은하계에 핵심이 있다는 것을 깨닫게되었습니다. 현대 천문학 자들이 은하의 별 형성 속도와 직접적으로 관련되어 있다는 결론을 내리면서 은하의 진화에서 그들이하는 역할도 연구의 주제였다.
마찬가지로 천문학 자들은 SMBH가 가스와 먼지가 빛의 속도에 가까워 지도록 가속되는 주위에 단단한 부착 디스크를 가지고 있음을 발견했습니다. 이로 인해 일부 은하의 중심이 활성화되어 은하 핵 (AGN)으로 알려진 것으로 밝혀져 디스크의 별보다 빛을 발합니다. 경우에 따라 이러한 부착 디스크는 수십억 광년 떨어진 곳에서 볼 수있는 뜨거운 물질의 분사로 이어집니다.
기존 모델에 따르면 우주는 10 억년이되지 않았을 때 (약 130 억년 전) 은하에 중심 블랙홀을 개발할 시간이 충분하지 않았다. 그러나 최근의 관측에 따르면, 당시 은하의 중심에 블랙홀이 이미 형성되어있는 것으로 나타났습니다. 이를 해결하기 위해 SISSA의 과학자 팀은 가능한 설명을 제공하는 새로운 모델을 제안했습니다.
루멘 보코 (Lumen Boco)가 이끄는 연구 결과 – 박사 학위 우주 기초 물리학 연구소 (IFPU)의 학생 – SMBH가 초기 은하의 중앙 지역에서 자라는 유명한 사실로 시작했습니다. 오늘날 타원 은하의 선구자 인이 물체는 매우 높은 농도의 가스와 매우 강한 새로운 별 형성 속도를 가졌다.
이 은하계의 1 세대 별은 수명이 짧았고 비교적 작지만 숫자가 큰 블랙홀로 빠르게 진화했습니다. 그것들을 둘러싼 조밀 한 가스는 상당한 동적 마찰을 일으켰고, 은하 중심으로 빠르게 이동했다. 이곳은 시간이 지남에 따라 천천히 자라는 초 거대 블랙홀의 씨앗을 만들기 위해 합쳐진 곳입니다.
연구팀이 최근 SISS 보도 자료에서 설명했듯이 :
“고전 이론에 따르면, 은하 중심에서 초 거대 블랙홀이 자라면서 주변 물질, 주로 가스를 포착하고 자체적으로“성장”하고 결국 질량에 비례하는 리듬으로 삼켜 버립니다. 이러한 이유로 개발 초기 단계에서 블랙홀의 질량이 작 으면 성장이 매우 느립니다. 계산에 따르면, 태양의 수십억 배에 이르는 관측 된 질량에 도달하기까지, 젊은 우주의 나이보다 훨씬 더 긴 시간이 필요할 것입니다.”
그러나 그들이 개발 한 원래의 수학적 모델은 중앙 블랙홀의 형성 과정이 초기 단계에서 매우 빠르다는 것을 보여주었습니다. 이것은 초기 우주에서 SMBH 씨앗의 존재에 대한 설명을 제공 할뿐만 아니라 알려진 우주의 나이와 함께 성장시기를 조정합니다.
요컨대, 그들의 연구는 초기 블랙홀의 이동과 합병 과정이 단 5 억에서 1 억 년 만에 10,000에서 100,000 개의 태양 질량의 SMBH 종자를 만들 수 있음을 보여 주었다. 팀이 설명했듯이 :
“위에 언급 된 표준 이론에 의해 구상 된 가스의 직접적인 증가에 따른 중앙 블랙홀의 성장은 매우 빠르게 될 것입니다. 왜냐하면 흡인 및 흡수에 성공할 가스의 양이 엄청나게 될 것이기 때문입니다. 우리가 제안하는 과정. 그럼에도 불구하고, 우리의 메커니즘에 의해 구상 된 것과 같은 큰 종자에서 출발한다는 사실은 초 거대 블랙홀의 글로벌 성장을 가속화하고 영 우주에서도 형성을 가능하게합니다. 요컨대,이 이론에 비추어 볼 때, 빅뱅 이후 8 억 년 후 초 거대 블랙홀이 이미 코스모스를 채울 수 있다고 언급 할 수 있습니다.”
관찰 된 SMBH 시드에 대한 작업 모델을 제안하는 것 외에도이 팀은 테스트 방법을 제안했습니다. 한편으로 이러한 합병으로 인해 발생하는 중력파가 있는데, 이는 고급 LIGO / Virgo와 같은 중력파 검출기를 사용하여 식별 할 수 있으며 미래의 아인슈타인 망원경으로 특징 지을 수 있습니다.
또한 SMBH의 후속 개발 단계는 ESA의 레이저 간섭계 우주 안테나 (LISA)와 같은 미션에서 조사 할 수있는 것으로 2034 년경에 출시 될 것으로 예상됩니다. 비슷한 맥락에서 다른 천문학 자 팀은 최근에 아타 카마를 사용했습니다. 은하에 관한 또 다른 미스터리를 해결하기위한 ALMA (Large Millimeter / submillimeter Array)는 일부는 제트기가 있고 다른 것은 그렇지 않습니다.
상대 속도 (빛의 속도의 일부)로 이동하는 이러한 빠르게 움직이는 이온화 된 물질 스트림은 일부 은하의 중심에서 나오는 것으로 관찰되었습니다. 이 제트기는 새로운 별을 형성하기 위해 붕괴되는 물질을 방출하는 방식 때문에 은하의 별 형성 속도와 관련이 있습니다. 다시 말해,이 제트기는 SMBH와 같이 은하의 진화에 중요한 역할을합니다.
이러한 이유로, 천문학 자들은 블랙홀 제트와 기체 구름이 시간이 지남에 따라 어떻게 상호 작용했는지에 대해 더 많은 것을 배우려고했다. 불행히도, 초기 우주에서 이러한 종류의 상호 작용을 관찰하는 것은 어려웠습니다. 천문학 자 팀은 ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array)를 사용하여 멀리 떨어진 퀘이사에서 발생하는 가스가 혼입 된 구름의 첫 번째 이미지를 얻을 수있었습니다.
Kindai University의 Kaiki Taro Inoue 교수가 이끄는 연구 결과는 최근에 천체 물리학 저널 편지. 이노우에와 그의 동료들이 설명했듯이, ALMA 자료는 지구에서 약 110 억 광년 떨어진 퀘이사 인 MG J0414 + 0534에서 발산되는 젊은 양극 제트기를 보여 주었다. 이 발견은 빅뱅이 30 억 년이되지 않았을 때 SMBH와 제트가있는 은하가 존재했음을 보여준다.
ALMA 외에도이 팀은 중력 렌즈로 알려진 기술에 의존했으며,이 중개 은하의 중력은 먼 물체에서 나오는 빛을 확대합니다. 이“우주 망원경”과 ALMA의 고해상도 덕분에이 팀은 MG J0414 + 0534 주변의 기체 상태의 구름을 관찰하고 은하 중심의 SMBH에서 나오는 젊은 제트기 때문에 발생한 것으로 판단했습니다.
일본 천문대 국립 천문대의 프로젝트 부교수 인 나카니시 코우이치로 (Kuichiro Nakanishi)는 ALMA 보도 자료에서 다음과 같이 설명했다.
“이 우주 망원경과 ALMA의 고해상도 관측을 결합하여 우리는 인간의 시력보다 9,000 배 더 뛰어난 예리한 시력을 얻었습니다. 이 매우 높은 분해능으로, 우리는 초 거대 블랙홀에서 분출 된 제트 주변의 가스 구름의 분포와 움직임을 얻을 수있었습니다.”
이 관측은 또한 기체가 제트 방향을 따라 영향을 받아 입자가 격렬하게 움직이고 최대 600km / s (370mps)의 속도로 가속되는 가스에 영향을 미쳤다는 것을 보여주었습니다. 또한,이 영향을받은 기체 구름과 제트기 자체는이 시대의 전형적인 은하 크기보다 훨씬 작았습니다.
이로부터 팀은 그들이 MG J0414 + 0534 은하에서 초기 제트 진화 단계를 목격하고 있다고 결론 지었다. 사실이라면,이 관측들로 인해 팀은 초기 우주 동안 은하계에서 중요한 진화 과정을 목격 할 수있었습니다. 이노우에가 요약 한대로 :
“MG J0414 + 0534는 제트기가 젊기 때문에 훌륭한 예입니다. 우리는 제트기의 초기 진화 단계에서도 제트기와 기체 구름 사이에 중요한 상호 작용의 증거를 발견했습니다. 우리의 발견이 초기 우주에서 은하의 진화 과정을 더 잘 이해할 수있는 길을 열어 줄 것이라고 생각합니다.”
이 연구들은 함께 우주에서 가장 강력한 천문 현상 중 두 가지가 예상보다 일찍 나타났음을 보여줍니다. 이 발견은 또한 천문학 자들에게 이러한 현상이 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지, 그리고 우주의 진화에서 그들이 한 역할을 탐구 할 수있는 기회를 제공합니다.
