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서울대는 우종학 물리천문학부 교수 연구팀이 중간질량의 블랙홀을 탐색해 블랙홀의 생성 기원을 밝혔다고 3일 밝혔다.
블랙홀의 생성 기원은 블랙홀 연구자에게 남겨진 가장 기초적이고 핵심적인 질문 중 하나다.블랙홀에 생성 기원에 대해서는 여러 가설이 있다.초기 우주 환경에서 생성된 태초의 별들이 블랙홀이 됐다는 가벼운 씨앗 모형,라니에리성단에서 연속적인 중력 작용으로 블랙홀이 태어났다는 모형,라니에리거대한 가스 구름이 수축해 만들어진 중간질량 블랙홀이 거대질량 블랙홀로 성장했다는 모형 등이 있다.
블랙홀의 기원에 대한 서로 다른 시나리오는 현재 우주에서 중간질량 블랙홀이 얼마나 많이 존재하는지와 중간질량 블랙홀을 품고 있는 은하들이 얼마나 있을지를 각기 다르게 예측한다.
중간 질량 블랙홀들이 은하들에서 얼마나,라니에리어떻게 분포되어 있는지 측정할 수 있다면 블랙홀의 기원에 대한 시나리오 중 어떤 것이 가장 타당할지,라니에리블랙홀의 기원을 밝히는 중요한 단서가 될 수 있다.연구팀은 지난해 개발한 수소 방출선을 사용하는 방법으로 중간 질량의 활동성 블랙홀들의 질량과 질량함수를 측정했다.
그 결과 현재까지 확실히 밝혀진 중간질량 블랙홀들은 많지 않지만 실제로 우주에는 많은 수의 중간질량 블랙홀들이 더 존재할 것으로 예측됐다.연구팀은 질량이 작은 왜소은하들의 절반 가량이 중간질량 블랙홀을 포함하고 있을 것으로 예측했다.
선행 연구들은 주로 태양질량의 백만 배에서 백억 배 사이의 질량을 가지며 무거운 은하들의 중심에 존재하는 거대질량 블랙홀들의 질량함수를 다뤘다.그 결과 중간질량 블랙홀을 포함한 은하의 수가 매우 적은 것으로 여겨졌던 것과는 상반되는 결과다.
이번 연구결과는 블랙홀의 기원이 될 수 있는 '씨앗'이 별보다는 무거워야 할 필요가 있다는 것을 암시한다.초기 우주에서 블랙홀을 만들기 위해 그동안 생각했던 것보다는 무거운 중간 질량블랙홀이 '씨앗' 역할을 할 것임을 보여준다.
연구팀은 “기존 연구가 주로 거대질량 블랙홀에 초점이 맞춰져 있던 것과 달리 이번 연구는 중간질량 블랙홀의 질량함수와 점유율 등을 측정해 중간질량 블랙홀 종족을 예측한 최초의 연구”라며 “작년에 발표한 새로운 블랙홀 질량 측정법을 통해 블랙홀의 개수밀도를 정확히 측정하고 블랙홀의 기원 시나리오를 변별할 수 있는 중요한 단서를 처음으로 제공했다“고 밝혔다.
연구결과는 내년부터 수행될 미국 항공우주국(NASA)의 적외선 전천탐사 우주망원경 '스피어엑스(SPHEREx)' 미션에서 중간질량 블랙홀을 찾고 블랙홀 기원을 밝히는 데 기준이 될 전망이다.
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