“먼지 속 푸른 빛”…韓연구팀, 110억년 전 우주서 ‘거대 은하’ 찾았다

태양 질량 140억배 달하는 초대질량 블랙홀 포함

초대질량 블랙홀 은하 상상도(천문연 제공)

KMTNet 망원경에서 가시광으로 푸르게 관측된 천체 이미지(천문연 제공)

한국천문연구원이 참여한 국제 공동 연구진이 먼지 속에서도 강한 푸른빛을 내는 초대질량 블랙홀을 품은 은하를 새롭게 발견했다.

13일 천문연에 따르면 연구진은 천문연이 운영 중인 외계행성탐색시스템(KMTNet)으로 발견한 특이 천체 후보를 칠레 제미니 남반구 망원경(GEMINI-South)으로 후속 분광 관측한 끝에 이 같은 성과를 냈다.

먼지에 두껍게 가려진 은하는 일반적으로 붉게 보인다. 먼지가 자외선 같은 짧은 파장(푸른빛)은 가로막고 산란시키며, 적외선 같은 긴 파장(붉은빛)을 잘 통과시키기 때문이다.

하지만 이번에 발견된 은하는 이례적으로 강한 푸른빛(자외선 초과)을 보인다. 이 은하는 ‘블루(Blue)DOG’로 불리며, 약 110억년 전 우주, 즉 은하와 블랙홀이 가장 활발히 성장하던 ‘우주 정오’시기에 존재했던 천체다.

이 은하는 질량이 태양의 약 2조 배에 달하는 무거운 은하다. 중심에는 태양 질량의 약 140억 배에 달하는 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있다. 또 폭발적인 별 탄생 현상이 일어나 은하의 밝기는 우주에서는 매우 드문 태양의 약 80조 배에 달하는 초고광도 특성을 보인다.

이는 단순히 먼지에 가려진 은하가 아니라, 은하 진화의 단계 중에 폭풍 성장하는 시기를 보여주는 특별한 천체임을 시사한다.

특히 연구팀은 이 은하가 최근 제임스웹 우주망원경으로 발견돼 ‘수수께끼 은하’로 불리는 ‘작은 붉은 점’(LRDs)과 닮았다는 사실을 밝혀냈다. LRDs는 이번에 연구진이 발견한 BlueDOG 은하보다 20억 년 앞선 시기의 초기 우주에서 발견된 작은 점의 은하로 보이지만, 그 안에 강력한 블랙홀 활동과 별 탄생이 공존하는 특징을 지닌다.

BlueDOG과 LRD는 각각 다른 시기의 은하지만, 두 천체 모두 강력한 블랙홀 활동과 폭발적인 별 탄생이 동시에 일어나는 공통점을 보인다. 이 같은 특징은 은하와 블랙홀의 성장 과정을 잇는 연결 고리를 밝혀낼 단서가 된다.

은하의 독특한 푸른 빛은 중심 블랙홀 빛이 모은하 내부 가스와 먼지에 의해 산란되거나 최근 일어난 폭발적인 별 생성 활동에서 생겨났을 가능성이 있다. 연구팀은 두 현상이 함께 기여했을 가능성도 열어두고 있다.

연구진은 향후 우주망원경들과 지상 거대 관측시설을 활용한 심층 관측으로 폭발적인 별 생성의 흔적을 찾고 푸른빛 초과 현상의 기원을 규명해나갈 계획이다.

이번 논문의 제1 저자인 김성재 한국천문연구원·UST 학생연구원은 “이 초기 은하는 먼지에 가려져 있음에도 예외적인 푸른빛을 내고, 그 모습이 최근 제임스웹 우주망원경이 발견한 수수께끼 은하와 놀라울 만큼 닮아 있다는 사실을 확인했을 때 정말 기뻤다”고 소감을 밝혔다.

연구를 주도한 정웅섭 천문연 책임연구원은 “이번 성과는 최근 제임스웹이 발견한 수수께끼 초기 은하와 블랙홀이 어떻게 함께 성장했는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것”이라고 강조했다.

이번 연구 결과는 미국 천체물리학회지(The Astrophysical Journal)에 게재됐다.

(대전=뉴스1)