국내 천문학자들이 먼지 속에서도 강한 푸른빛을 내는 '거대 괴물' 은하를 발견했다. 질량이 태양의 약 2조 배로, 은하의 중심에 태양 질량의 약 140억 배에 달하는 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있다.
한국천문연구원(이하 천문연)은 연구원이 참여한 국제공동연구팀이 초대질량 블랙홀을 품은 은하 '블루독'(BlugDOG·Blue-excess Dust-Obscured Galaxy)을 발견했다고 13일 밝혔다. 이번 연구 성과는 10일 '미국 천체물리학회지'에 실렸다. 천문연이 운영 중인 '외계행성탐색시스템'(KMTNet) 망원경 시스템으로 발견한 특이 천체 후보를 칠레 제미니 남반구 망원경으로 후속 분광 관측해 찾아냈다.
먼지에 두껍게 가려진 은하는 일반적으로 붉게 보인다. 먼지가 자외선 같은 짧은 파장(푸른빛)은 산란시키고, 적외선 같은 긴 파장(붉은빛)은 잘 통과시키기 때문이다. 하지만 이번에 발견된 블루독 은하는 이례적으로 강한 푸른빛을 보인다. 블루독은 약 110억년 전, 은하와 블랙홀이 가장 활발하게 성장하던 '우주의 정오'(Cosmic Noon) 시기에 존재했던 천체다.
블루독은 질량이 태양의 약 2조배에 달하는 무거운 은하다. 중심에는 태양 질량의 약 140억 배인 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있다. 밝기는 태양의 약 80조배에 달하는 초고광도로 우주에서 매우 드문 경우다. 천문연은 "은하가 진화 단계 중 '폭풍 성장'하던 시기를 보여주는 특별한 천체"라고 설명했다.
블루독은 최근 제임스웹우주망원경으로 발견한 '작은 붉은 점'(LRDs) 은하와도 닮았다. LRDs는 블루독 은하보다 20억 년 앞선 시기의 초기 우주에서 발견된 작은 점 은하지만 그 안에서 강력한 블랙홀 활동과 별 탄생이 발견됐다. 서로 다른 시기에 탄생한 은하지만 모두 강력한 블랙홀 활동과 폭발적인 별 탄생이 동시에 일어난 은하인 만큼, 두 은하를 연구하면 은하와 블랙홀의 성장 과정을 잇는 연결 고리를 밝혀낼 수 있을 것으로 보인다.
한편 연구팀이 블루독 특유의 독특한 푸른빛의 기원을 분석한 결과, △블랙홀 빛이 모은하 내부의 가스와 먼지에 의해 산란됐을 가능성 △은하 내에서 최근 폭발적인 별 생성 활동이 발생하며 푸른 빛이 초과적으로 보였을 가능성 등이 제기됐다. 다만 한 가지 가능성만으로는 모든 현상을 설명하기 어렵다는 게 연구팀의 설명이다. 향후 지상 거대 관측시설 등을 활용한 심층 관측을 통해 푸른빛 초과 현상의 기원을 규명할 계획이다.
논문 제1저자인 김성재 천문연·UST 학생연구원은 "먼지에 가려져 있음에도 예외적인 푸른빛을 내는 데다 그 모습이 최근 제임스웹우주망원경이 발견한 '수수께끼 은하'와 놀라울 만큼 닮았다는 사실을 확인했을 때 정말 기뻤다"고 소감을 전했다. 연구를 주도한 정웅섭 천문연 책임연구원은 "이번 성과는 블랙홀의 성장을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것"이라고 했다.
박장현 천문연 원장은 "이번 성과는 KMTNet을 비롯해 천문연이 국제협력으로 운영하는 제미니 망원경을 통해 이룬 결과"라며 "앞으로도 국제협력을 바탕으로 더 다양하고 깊이 있는 연구 성과를 내겠다"고 했다.