우주에서 가장 밝은 빛을 내는 천체: 퀘이사

누군가 당신에게 가장 밝은 빛은 무엇일까?라고 묻는 다면 태양이 발산하는 빛이라고 답할 것입니다. 태양의 겉보기 등급은 -26.74등급으로 우리가 만약 정면으로 태양을 바라본다면 안구에 미세한 통증을 느낄 수 있는 등급입니다. 그만큼 밝고 눈부시다는 것이죠. 그런데 바라만 봐도 눈 아플 지경인 태양보다 무려 600조 배가 더 밝은 천체가 있다면 믿어지나요? 실제로 이런 천체가 존재 하기는 하는 걸까요?

우주에서 가장 밝은 천체

퀘이사는 준항성체라고 불리는 우주에서 가장 밝은 빛을 내는 천체입니다. 나이가 무려 128억 년이나 되는 J043947.08+163415.7이라 불리는 퀘이사가 바로 태양보다 600조 배나 밝은 빛을 내고 있습니다. 그렇다면 퀘이사는 어떻게 어마어마한 빛을 발산할 수 있는 것일까요?

최초 발견

퀘이사의 존재를 처음 알아차린 건 1950년대에 들어 사용된 전파 망원경에 의해서입니다. 이때도 퀘이사는 그저 강한 전파를 뿜어내는 천체 정도로만 생각되었죠. 하지만 1960년 퀘이사가 달에 의해 가려지게 되는 순간이 있었는데 그때 아주 3C 273의 놀라운 스펙트럼이 발견됩니다. 이 스펙트럼에서 다른 별에서는 발견되지 않는 엄청난 적색편이가 관측되었는데요. 이 덕분에 처음으로 3C 273이 별과는 다른 천체라는 사실을 알게 되었습니다. 다시 말해 엄청나게 밝게 보이지만 상상할 수 없을 정도로 먼 거리에 있다는 것이었죠. 그래서 처음 이 스펙트럼이 발견되고 나서 이것이 반물질이거나 화이트홀이 아닐까 하는 의견도 있었습니다. 결론은 아시다시피 둘 다 아니었습니다.

시간이 흘러 1970년대에 들어서면서 블랙홀 주위를 공전하는 물질들에 의해 에너지가 생성될 수 있음이 밝혀지게 됩니다. 이때부터 퀘이사의 존재가 받아들여지기 시작했죠. 쉽게 이야기하면 퀘이사가 워낙 밝고 먼 거리에 있기 때문에 우리가 자세히 관측하는 것이 어렵다는 것입니다.

밝은 빛은 내는 원리

퀘이사는 블랙홀 주변의 물질이 주변을 초고속으로 공전하면서 발생하는 중력 에너지가 빛 에너지로 바뀌면서 빛을 발산합니다. 단순하게 이야기하면 어떤 물질이 블랙홀의 중력 범위에  들게 되면 블랙홀을 중심으로 공전하게 되는데요. 이때 여러 물질들이 서로 이리저리 부딪히게 되고 이러한 마찰에 의해 엄청난 열이 발생하게 됩니다. 그리고 당연하게도 이런 열은 빛으로 바뀌어 방출되죠. 따라서 퀘이사가 빛을 내는 건 물질 간 마찰에 의한 열 때문입니다. 그래서 퀘이사의 중심에는 태양의 약 10억 배 이상의 질량을 가지는 거대한 블랙홀이 존재할 것으로 예상되는 것이죠. 또 항성과는 다른 방법으로 빛을 내기 때문에 우리는 이 천체를 "준항성체"라고 부릅니다.

퀘이사의 중심에 블랙홀이 존재한다고? 여기서 생각해볼 것이 있습니다. 바로 우리 은하의 중심에도 블랙홀이 존재할 것으로 예상됩니다. 아니 사실 거의 모든 은하의 중심에 거대한 블랙홀이 있을 것으로 보고 있습니다. 그리고 은하 내부에 있는 별들은 블랙홀을 중심으로 공전하고 있습니다. 태양계도 마찬지입니다. 우리 은하를 끊임없이 공전하고 있죠. 그래서 아직 확신할 수 없지만 퀘이사가 초창기 은하의 모습이 아닐까 하는 의견도 있습니다.

실제로 퀘이사는 우리와 아주 먼 거리에 있습니다. 보통 최소 약 100억 광년 정도의 거리에서 발견되는데요. 280억 광년의 거리에서 관측된 퀘이사도 있습니다. 따라서 퀘이사가 이렇게 우리 은하와 멀리 있다는 건 우주 초기에 만들어졌다는 것을 의미하기 때문에 퀘이사를 초기 은하라고 조심스럽게 예상하는 것입니다.

은하와 비슷해 보이지만 본질적으로 다르다.

은하와 퀘이사는 본질적으로 다릅니다. 은하의 경우 별을 거느리고 있고 이 별들은 은하의 중심을 공전하고 있죠. 그래서 은하는 하나의 독립적인 천체라기보다는 수많은 별이 보인 집단을 이야기합니다. 하지만 퀘이사는 이런 은하의 특성과는 거리가 멀죠. 그저 물질들이 빠르게 공전하며 빛을 내고 있는 하나의 천체입니다. 그러니까 본질적으로 은하와는 다른 특징을 가지는 천체라는 이야기입니다. 이런 문제 때문에 우리는 확실하게 퀘이사가 초창기 은하라고 결론을 내리지 못하고 있습니다. 여기에는 인간이 퀘이사에 대해 아는 것이 너무 없는 것도 밑바탕에 깔려 있는 것이죠.

요약

퀘이사는 블랙홀 근처의 물질들이 공전하며 빛을 내는 천체로 굉장히 먼거리에 존재하며 엄청나게 밝은 빛을 내는 천체입니다. 그리고 이런 밝은 빛 때문에 우리는 퀘이사를 자세히 관측하지 못하고 지금까지도 퀘이사에 대해 아는 것이 많지 않다고 말할 수 있죠. 하지만 확실한 한 가지는 바로 우주에서 가장 밝은 천체라는 것입니다.