허블, 먼 우주에서 예기치 않게 이중 퀘이사 발견

초기 우주는 은하들이 종종 서로 충돌하고 합쳐지기까지 하는 난잡한 곳이었습니다. NASA의 허블 우주 망원경과 기타 우주 및 지상 기반 관측소를 사용하여 이러한 발전을 조사하는 천문학자들은 예상치 못한 희귀한 발견을 했습니다. 그들은 우주의 나이가 겨우 30억 년이었을 때 존재했습니다.

퀘이사는 가스, 먼지 및 중력이 미치는 범위 내에 있는 모든 것을 삼키면서 맹렬한 에너지 분수를 발산하는 탐욕스럽고 초대형 블랙홀에 의해 구동되는 밝은 물체입니다.

일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 대학원생 Yu-Ching Chen은 “우리는 우주 초기에 이중 퀘이사를 많이 보지 못했습니다. 그래서 이 발견이 매우 흥미진진합니다.” 공부하다.

가까운 쌍성 퀘이사를 찾는 것은 지난 10~15년 동안 막 발전한 비교적 새로운 연구 분야입니다. 오늘날의 강력한 새 천문대는 천문학자들이 두 개의 퀘이사가 동시에 활성화되고 결국 병합될 만큼 충분히 가까이 있는 경우를 식별할 수 있게 해주었습니다.

거대한 은하가 합병을 통해 만들어졌다는 증거가 증가하고 있습니다. 더 작은 시스템이 모여 더 큰 시스템과 더 큰 구조를 형성합니다. 그 과정에서 합쳐지는 은하 내에서 한 쌍의 초대질량 블랙홀이 형성되어야 합니다. “블랙홀의 조상 집단에 대해 알면 결국 초기 우주에서 초대형 블랙홀의 출현과 이러한 합병이 얼마나 자주 일어날 수 있는지에 대해 알려줄 것입니다.”라고 Chen은 말했습니다.

“우리는 초기 바이너리 퀘이사 인구의 빙산의 일각을 밝히기 시작했습니다.”라고 Urbana-Champaign에 있는 일리노이 대학교의 Xin Liu가 말했습니다. “이것이 이 연구의 고유성입니다. 실제로 이 개체군이 존재한다는 것을 알려주고 있으며, 이제 우리는 단일 은하보다 작은 크기로 분리된 이중 퀘이사를 식별할 수 있는 방법을 갖게 되었습니다.”

이것은 NASA의 허블 우주 망원경과 하와이에 있는 WM 켁 천문대의 결합된 힘을 필요로 하는 건초더미 속 바늘 찾기였습니다. 하와이의 국제 제미니 천문대, 뉴멕시코의 NSF의 칼 G. 잰스키 초대형 어레이, NASA의 찬드라 X선 천문대의 다파장 관측도 이 다이나믹 듀오를 이해하는 데 기여했습니다. 그리고 ESA(유럽 우주국)의 가이아 우주 관측소는 처음에 이 이중 퀘이사를 식별하는 데 도움을 주었습니다.

“허블의 감도와 해상도는 우리가 보고 있는 것에 대한 다른 가능성을 배제할 수 있는 사진을 제공했습니다.”라고 Chen은 말했습니다. 허블은 이것이 전경의 중력 렌즈에 의해 생성된 동일한 퀘이사에 대한 두 개의 이미지가 아니라 실제로 진정한 초대질량 블랙홀 쌍임을 분명히 보여줍니다. 그리고 허블은 중력이 별의 두 꼬리를 형성하는 은하의 모양을 왜곡하는 두 은하의 병합으로 인한 조수 특징을 보여줍니다.

그러나 허블의 선명한 해상도만으로는 이러한 이중 등대를 찾기에 충분하지 않습니다. 연구원들은 2013년에 발사된 가이아에 잠재적인 이중 퀘이사 후보를 찾아냈습니다. Gaia는 가까운 천체의 위치, 거리 및 움직임을 매우 정확하게 측정합니다. 그러나 새로운 기술에서는 먼 우주를 탐험하는 데 사용할 수 있습니다. 가이아의 거대한 데이터베이스는 근처 별의 겉보기 움직임을 모방하는 퀘이사를 검색하는 데 사용할 수 있습니다. 퀘이사는 서로 너무 가깝기 때문에 가이아 데이터에서 단일 개체로 나타납니다. 그러나 가이아는 관측하는 퀘이사 중 일부의 명백한 위치 변화를 모방하는 미묘하고 예상치 못한 “흔들림”을 포착할 수 있습니다.

실제로 퀘이사는 측정 가능한 방식으로 공간을 이동하지 않습니다. 대신, 퀘이사 쌍의 각 구성원이 블랙홀의 공급 일정에 따라 며칠에서 몇 달의 시간 척도로 밝기가 달라지기 때문에 그들의 흔들림은 빛의 무작위 변동의 증거가 될 수 있습니다. 퀘이사 쌍 사이의 이러한 번갈아 밝기는 멀리서 철도 건널목 신호를 보는 것과 유사합니다. 고정된 신호등의 양쪽에 있는 표시등이 번갈아 깜박이면서 기호가 “흔들리는” 착시 효과를 줍니다.

또 다른 문제는 중력이 펀하우스 거울처럼 공간을 휘게 하기 때문에 전경 은하는 먼 퀘이사의 이미지를 둘로 분할하여 실제로 이진 쌍이라는 착각을 일으킬 수 있다는 것입니다. Keck 망원경은 우리와 의심되는 이중 퀘이사 사이에 수정 은하가 없는지 확인하는 데 사용되었습니다.

허블은 먼 과거를 들여다보고 있기 때문에 이 이중 퀘이사는 더 이상 존재하지 않습니다. 그 사이에 100억 년 동안 그들의 호스트 은하들은 오늘날 지역 우주에서 볼 수 있는 것과 같은 거대한 타원 은하로 정착했을 가능성이 높습니다. 그리고 퀘이사는 중심에 있는 거대한 초대질량 블랙홀이 되기 위해 합쳐졌습니다. 근처에 있는 거대타원은하 M87에는 우리 태양 질량의 65억 배에 달하는 거대한 블랙홀이 있습니다. 아마도 이 블랙홀은 지난 수십억 년 동안 하나 이상의 은하 병합에서 성장했을 것입니다.

곧 출시될 NASA 낸시 그레이스 로마 우주망원경은 허블과 같은 시력을 가지고 있어 바이너리 퀘이사 사냥에 이상적입니다. Hubble은 개별 대상에 대한 데이터를 힘들게 가져오는 데 사용되었습니다. 그러나 로만의 초광각 적외선 우주관은 허블보다 200배 더 큽니다. “많은 퀘이사는 쌍성계일 수 있습니다. 로마 망원경은 이 연구 분야에서 엄청난 개선을 할 수 있습니다.”라고 Liu는 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230405130135.htm