인류 역사상 우주에서 가장 오래 된 ‘괴물 블랙홀’ 포착…질량만 태양의 3억배 [아하! 우주]

나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 빅뱅 직후 5억 년 시점, 즉 133억 년 전 우주에 존재했던 가장 오래된 블랙홀을 발견했다. 10조원의 예산을 들여 개발된 이 망원경의 주요 임무 중 하나가 바로 우주 초기 역사를 밝히는 것이었다. 빛이 지구까지 도달하는 데 걸리는 시간을 고려할 때, 멀리 떨어진 천체를 관측하는 것은 곧 과거 우주의 모습을 보는 것과 같다. 100억 광년 떨어진 은하를 관측하면 사실 지구까지 빛이 도달하는 시간인 100억 년 전 과거 모습을 보는 셈이다. 이처럼 제임스 웹 우주 망원경은 이전 망원경으로는 불가능했던 130억년 이전 초기 우주를 들여다보고 있다.

태양 질량 3억 배의 ‘작고 빨간 점’최근 텍사스대 우주 프런티어 센터의 앤소니 테일러와 동료들은 제임스 웹 우주 망원경의 CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey·초기 은하 관측) 프로젝트에 참여해 역대 가장 멀리 떨어진 블랙홀 CAPERS-LRD-z9을 포착했다. 이 블랙홀은 지구로부터 133억 광년 떨어진 은하의 중심부에 위치해 있다. 우주 나이를 100살로 볼 때 고작 3.3세밖에 되지 않는 시점에 생겨났다.

놀라운 점은 이 블랙홀의 질량이 무려 태양의 3억배에 달한다는 것이다. 이는 약 130억년 역사를 지닌 우리 은하 중심 블랙홀의 질량인 태양의 400만배와 비교했을 때 엄청나게 거대한 크기다. 과학자들은 이렇게 초기 우주에 거대한 블랙홀이 어떻게 형성되었는지 미스터리로 남아있지만, 이들이 주변 물질을 엄청나게 흡수하며 강력한 에너지를 내뿜고 있다는 사실은 정확히 확인했다.

우주에서 가장 밝은 존재, 블랙홀블랙홀은 이름과 달리 엄청난 양의 물질을 흡수할 때 우주에서 가장 밝은 천체가 될 수 있다. 중력에 의해 끌려온 물질들이 블랙홀 안으로 모두 빨려 들어가지 못하고 강력한 제트(jet) 형태로 분출되기 때문이다. CAPERS-LRD-z9 역시 막대한 물질을 흡수해 매우 밝게 빛나고 있어 133억광년이라는 먼 거리에서도 관측될 수 있었다.

이러한 초기 우주의 거대 질량 블랙홀들은 ‘작고 빨간 점(Little Red Dots)’이라고 불린다. 빛이 먼 거리를 이동하면서 파장이 길어지는 적색편이 현상과, 블랙홀 주변을 둘러싼 가스와 먼지로 인해 파장이 더욱 길어져 붉게 보이기 때문이다. 이 ‘작고 빨간 점’은 사실 우리 은하 중심 블랙홀보다 훨씬 거대한 ‘괴물 블랙홀’이다. 주변의 물질을 흡수하며 빠르게 성장하고 있다.

제임스 웹 우주 망원경은 이처럼 우주의 초창기 모습을 관측하며 미지의 영역들을 하나씩 밝혀내고 있다. 비록 아직 많은 의문이 남아있지만 앞으로도 이 망원경은 우주의 비밀을 푸는 데 결정적인 역할을 할 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com