퀘이사의 정의, 퀘이사의 특징, 퀘이사의 진화

 

1. 퀘이사의 정의

준 항성 물체의 줄임말인 퀘이사는 그 중심에 태양 질량의 10억배나 되는 초대형 블랙홀에 의해 구동되는 우주에서 매우 밝고 멀리 있는 물체입니다. 물질이 블랙홀에 떨어지면 가열되고 일반 전파에서 감마선에 이르는 전자기 스펙트럼까지 강력한 복사 에너지를 방출하면서 강착 원반을 형성합니다. 이 과정에서 물질의 중력 에너지가 빛 에너지로 바뀌면서 거대한 양의 빛이 놀라운 밝기로 생성되고 이는 수십억 광년에 걸쳐 볼 수 있게 됩니다. 퀘이사의 밝기는 최대 태양의 700조 배에 달하기도 합니다. 

과학자들은 우리가 관측할 수 있는 우주의 크기가 지구를 중심으로 반경 465억 광년, 총 크기는 930광년 규모라고 합니다. 가장 많이 받아들여지고 있는 우주는 빅뱅으로부터 시작해 확장되었다는 이론에 따르면 아주 먼 거리에 있는 퀘이사는 우리가 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체들 가운데 비교적 우주 탄생 초창기에 형성되었다고 볼 수 있습니다. 이는 퀘이사에 대한 연구가 초기 우주에 대한 미스터리를 풀 수 있는 실마리를 제공할 수 있다는 점, 즉 퀘이사는 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체이자 초대질량 블랙홀이며, 강한 에너지를 방출하는 활동 은하라고 볼 수 있습니다.

퀘이사의 발견은 1960년대 천문학자들이 라디오 관측을 통해 어떤 물체와도 일치하지 않는 점 모양의 전파원을 감지하면서 처음 발견되었습니다. 추가 관찰을 통해서 이 물체가 매우 먼 거리에 위치한다는 사실도 밝혀냈습니다.

 

 

2. 퀘이사의 특징

퀘이사는 은하 전체보다 더 밝게 빛나는 높은 광도와 강착 원반 그리고 먼지로 이루어진 거대한 후광으로 둘러싸여 중앙에 위치하고 있는 초대질량 블랙홀을 가지고 있습니다. 이것은 퀘이사만의 독특한 특징입니다. 퀘이사의 중심에 위치한 초대질량 블랙홀은 태양의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 질량을 가지고 있으며, 우리가 지금까지 알고 있는 우주에서 가장 무거운 물체 중 하나입니다. 강착 원반이란 블랙홀에서 나오는 매우 강한 복사열에 의해 가열되면서 디스크 모양처럼 평평하게 회전하는 가스와 먼지의 원반을 말하는데, 퀘이사의 중앙에 위치한 초대질량 블랙홀을 이 강착 원반이 둘러싸고 있습니다. 이 강착 원반에서 이온화된 가스가 강한 방출선을 방출하며, 이때 여기서 나온 큰 후광이 퀘이사를 둘러싸게 되고 이 후광은 방출된 빛의 일부를 흡수하고 적색편이 효과를 생성합니다. 이 또 퀘이사만의 독특한 특징입니다.

이 적색편이는 지구상의 망원경으로 관찰할 수 있고, 이를 통해 지구에서 퀘이사까지의 거리 측정이 가능하며, 퀘이사뿐 아니라 우주 탄생 초기 모습까지 연구하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

퀘이사의 또 다른 특징은 시간이 지남에 따라 밝기와 스펙트럼이 변화하는 가변성입니다. 이 가변성에 대하여 아직 정확히 밝혀지진 않았으나, 과학자들은 강착 원반과 자기장과의 상호작용 또는 주변 환경의 변화로 인해 발생하는 것으로 추정합니다.

 

 

3. 퀘이사의 진화

퀘이사의 탄생부터 성장 그리고 마지막 단계까지 알아보겠습니다.

퀘이사의 탄생은 그 중심에 존재하는 초대질량 블랙홀이 자기가 속해있는 은하를 다 먹으면서 커지고 주변 환경의 가스와 먼지를 소비하기 시작할 때 태어난 것으로 여겨집니다. 퀘이사는 탄생 초기에 급속한 성장과 활동 단계에 있으며, 중심의 초대질량 블랙홀은 시간이 지남에 따라 물질을 축적하고 태양의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 우주에서 가장 무거운 물체 중 하나로 성장하는데, 이 초대질량 블랙홀이 커짐에 따라 강착 원반과 퀘이사를 둘러싼 가스와 먼지의 후광도 점점 커집니다. 

퀘이사 활동의 정점은 약 100억 ~ 120억 년 전 사이에 발생한 것으로 생각되며, 이때 우주는 별 형성과 은하의 진화 단계에 있었던 것으로 추측합니다. 이 기간에 퀘이사는 가장 밝은 광도를 갖게 되며 엄청난 양의 방사선도 방출하는 단계에 있었습니다. 그 후 퀘이사는 시간이 지남에 따라 쇠퇴의 길을 걷게 될 것이라 생각됩니다. 주변 물질을 계속해서 소비함에 따라 고갈되기 시작하고 이 영향으로 중앙에 위치한 초대질량 블랙홀도 성장 속도가 느려지며, 퀘이사의 활동도 감소하기 시작합니다. 

퀘이사가 마지막 단계에 접어들면 활동이 더욱 느려지고 초대질량 블랙홀로 떨어지는 물질의 양도 줄어들게 됩니다. 결국 강착 원반과 퀘이사를 둘러싼 가스와 먼지의 후광도 사라지기 시작해 퀘이사는 훨씬 더 희미해지고, 더 이상 주변 가스를 이온화하기에 충분한 에너지를 방출하지 않을 것으로 추측됩니다.