대부분의 퀘이사들은 거대 에너지원을 필요로 하지 않는다.

 

사진 1> 이 4개의 은하는 너무나 많은 먼지에 둘러싸여 있어 허블 우주망원경으로는 퀘이사의 밝은 빛도 볼 수 없는 상태이다.

            퀘이사란 블랙홀이 중력장에 포착된 물질을 집어삼킬때 그 에너지를 받아 아주 밝게 빛나며 수백만도의 온도로 가열되는 천체이다.

            이 은하들은 NASA에서 운영하고 있는 최상의 관측기구인 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경이 관측한 퀘이사를 품은 

            30개 샘플 은하들 중 일부이다.

            이 은하들은 근적외선을 이용한 깊은 우주 외계은하의 조합탐사(the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey,

            이하 CANDELS) 에서 발견된 은하들이다.

 

            이번 연구에 의하면 이 중에서 퀘이사를 품고 있는 26개 은하들에서는 휘어진 외양과 같은, 

            이웃은하와의 충돌결과 나타나는  중력 조석 작용의 증거들이 일체 발견되지 않았다. 

            일반적인 형태의 은하들에서 발견되는 퀘이사들은

            굶주린 블랙홀의 중력 소용돌이 안에 엄청난 양의 가스나 먼지들을 공급하게 되는 은하들간의 충돌 와중에 발생하는 퀘이사에 비해

            훨씬 희미한 빛을 발산한다.

            이 침침한 퀘이사들은 블랙홀이 일단의 가스 덩어리나 어쩌다 한 번 소규모의 위성은하와 같은 소규모 천체를 집어삼킬 때 발생하는 퀘이사이다.

 

            허블의 분석 자료에 따르면 이러한 유형의 퀘이사가 훨씬 일반적으로 존재하는 퀘이사이다.

            사진의 상단 우측과 하단 좌우측의 은하는 이러한 퀘이사를 품고 있는 일반적인 모양을 가진 은하이다.

 

            이번 연구에서는 샘플들 중 오직 하나의 은하인 상단 좌측의 은하만이 다른 은하와의 상호작용을 겪고 있는 증거를 보여주었다.

            상단 좌측 사진에서는 두 개의 은하 핵이 하얀 거품으로 보이고 있다.

            갈색과 파란색으로 보이는 일련의 물질 흐름들이 충돌을 겪고 있는 은하의 아래쪽으로 보이고 있다.

 

            이 은하들은 대략 80억년에서 120억년 전에 블랙홀의 성장이 피크를 이루던 시기에 존재했던 은하들이다.

            이 은하들의 질량은 우리 은하와 비견될만하다.

            푸른색의 점들은 새로운 별들이 생성되는 지역이고, 갈색으로 나타나는 지역은 먼지나 오래된 별들이 몰려있는 지역이다.

            이 사진은 허블 WFC3에 의해 2011년과 2012년에 걸쳐 촬영되었다.

 

The full news release story:

새로운 연구에 의하면 우주 생성 초기의 블랙홀들은 퀘이사에게 에너지를 공급하고 불타오르게 만드는데 많은 양의 에너지원이 필요했던 것이 아니라 

아주 조금씩의 파편정도 만으로 충분했다는 점이 밝혀졌다.

 

퀘이사란 블랙홀이 중력장에 포착된 물질을 집어삼킬때 그 에너지를 받아 아주 밝게 빛나면서 수백만도의 온도로 가열되는 천체이다.

가장 밝은 퀘이사는 다른 은하들과 충돌에 의해 뒤틀린 은하에 주로 위치하고 있다.

이러한 은하들간의 충돌은 어마어마한 양의 가스와 먼지들을 굶주린 블랙홀의 중력소용돌이 안으로 밀어넣게 된다.

그러나 오늘날의 천문학자들은 일반적인 모양의 평범한 나선은하들에서 번성하고 있는 희미한 퀘이사들을 발견하고 있다.

이 퀘이사들은 블랙홀이 일단의 가스 덩어리나 우연히 포섭된 소규모의 위성은하와 같은 작은 간식거리를 집어삼킬 때 생성되고 있다.

 

이와같은 형태를 띠는 30개의 퀘이사를 품고 있는 은하들을
NASA에서 운영하고 있는 최상의 관측기구인 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경으로 관측한 결과  
이중 26개 퀘이사를 품고 있는 은하들에서 휘어진 외양과 같은 이웃은하와의 충돌 결과 나타나는 중력섭동작용이 일체 발견되지 않았다.

샘플로 선정된 은하들 중 오직 하나의 은하에서만 다른 은하와의 중력섭동이 발생하고 있다는 증거가 발견되었다.

이 은하들은 대략 80억년에서 120억년 전에 존재했던 은하들로서 이 시기는 블랙홀이 폭발적인 성장을 보이던 시기였다.

예일대학의 케빈 샤빈스키(Kevin Schawinski)가 이끄는 이번 연구는

우주 초기에 가장 거대한 질량을 가진 블랙홀들의 성장은 짧은 시간 내에 거대한 규모의 충돌보다는

장구한 시간동안 작은 규모의 천체들을 지속적으로 집어삼키면서 이로부터 에너지를 받아 성장해왔다는 가설을 지지하고 있다.

 

샤빈스키는 다음과 같이 말하고 있다.
"은하의 충돌에서부터 만들어지는 퀘이사들은 매우 밝은 빛을 냅니다.
 그러나 우리가 이번 연구에서 관측한 퀘이사들은 좀더 전형적인 형태의 퀘이사들이었습니다.
 이들 중 상당수는 그리 밝지도 않았죠.
 일반적으로 은하의 충돌에 의해 발생한 밝은 퀘이사들은 그 밝은 빛으로 인해서 많은 주목을 받고 

 이러한 퀘이사를 품고 있는 은하들의 질량역시 주목할만큼 증가하게 됩니다.
 그러나 보통 퀘이사들은 블랙홀이 몸집을 키워나가는 시점에 발생합니다.
 이러한 보통 퀘이사들은 거대한 충돌을 통해 밝은 빛을 낼 필요가 없는 것이죠."

 

샤빈스키의 논문은 왕립천문학회에서 발행하는 월보에 기재될 예정이다.

샤빈스키는 분석을 위하여, CANDELS에서 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경으로 관측한 은하들을 분석하였다.

그는 먼지로 둘러싸여 있으면서, 스피처 우주망원경의 관측데이터에 의하면 적외선 대역에서 매우 밝은 빛을 띠고 있어

이 은하에 존재하는 블랙홀이 추락하는 물질들을 집어삼키고 있다는 표식을 가진 30개의 은하를 선별했다.

 

가시광 대역에서 먼지들은 퀘이사의 빛을 차단하고 있었다.

그러나 적외선은 먼지를 관통하여 샤빈스키가 대상 은하들의 세부 구조를 연구할 수 있도록 해주었다.

이 은하들의 질량은 우리 은하와 비교할만하다.

 

그리고나서 샤빈스키는 허블 WFC3 가 촬영한 근적외선 데이터를 분석하였다.

허블의 고해상도 이미지는 은하의 외양에 있어 이들이 거대 은하들과의 합병으로 뒤틀려있거나 나선은하의 구조를 잃고 있지는 않은지에 대해 상세하게 분석할 수 있게 해 주었다.

그러나 하나를 제외하고 나머지는 모두 그와 같은 외양을 보이고 있지 않았다.

 

또한 퀘이사에 에너지를 공급하는 작용이 무엇이든간에, 퀘이사들은 심지어 허블의 능력으로도 탐지될 수 없었다.

 

이에 대해 샤빈스키는 다음과 같이 평가하고 있다.

"제가 생각하기에 이 은하에서 나타나고 있는 퀘이사 현상은 무작위적으로 발생하는 가스 덩어리나 초신성 폭발, 소규모 천체가 블랙홀로 빨려들어간다든가 

 별들과 가스줄기들이 은하핵으로 빨려들어가는 것과 같은 일련의 과정의 조합에 의해 발생하는 것으로 보입니다."

 

블랙홀은 자신의 주린 배를 채우고 퀘이사에 에너지를 공급하는데 그다지 많은 가스들을 필요로 하지는 않는다.

샤빈스키는 이를 다음과 같이 설명하고 있다.
"우리 은하도 중심으로부터 몇 광년 떨어져 있지 않은 거리에 퀘이사를 밝히고도 남을만큼 충분한 가스들이 있습니다.
 그럼에도 그런 일은 발생하지 않고 있습니다.
 하지만 이들 작은 가스구름 중 하나가 블랙홀로 돌진하게 되면 퀘이사가 발생하게 될 것입니다.
 은하내부의 무작위적인 움직임과 요동으로 인해 가스가 블랙홀로 빨려들어갈 수도 있습니다.
 100억년 전에는 이러한 무작위적 움직임은 아주 일반적인 현상이었고, 블랙홀 주변으로 향하는 가스들도 더 많았습니다.
 작은 은하들도 또한 훨씬 많았고, 이들이 좀더 큰 은하에 삼켜지는 일도 일반적인 일이었죠."  

 

샤빈스키의 연구에서 다뤄진 은하들은 샤빈스키의 소감처럼 2010년대 후반에 발사 예정인 거대 적외선 탐사기구인 제임스 웹 우주망원경에게는 훌륭한 관측대상이 될 것이다. 

"도대체 어떤 종류의 사건들로 인해 이 은하들에서 퀘이사가 에너지를 얻는지를 심층적으로 분석하기 위해서 우리는 제임스 웹 우주망원경이 필요합니다.
 허블과 스피처 우주망원경은 이들을 찾아내는 개척자의 임무를 수행한 것입니다."

이번 연구를 함께한 연구팀원은 다음과 같다.
예일대학 : K. Schawinski, B.D. Simmons, C.M. Urry, E. Glikman
칠레 Concepcion 대학 : E. Treister

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2012년 6월 19일 발표된 뉴스입니다.

 

원문>

 

사진1>

ABOUT THIS IMAGE:

The galaxies in these four images have so much dust surrounding them that the brilliant light from their quasars cannot be seen in these Hubble Space Telescope images.

Quasars are the brilliant beacons of light that are powered by black holes feasting on captured material, and in the process, heating some of the matter to millions of degrees.

The galaxies are part of a census of 30 quasar host galaxies conducted with two of NASA's premier observatories, the Hubble Space Telescope and Spitzer Space Telescope. They were found in the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS). The study shows that 26 of the host galaxies bear no tell-tale signs of collisions with neighbors, such as distorted shapes.

The quasars found in normal-looking galaxies are fainter than those powered by collisions between galaxies, which send lots of gas and dust into the gravitational whirlpool of hungry black holes. The dimmer quasars are triggered by black holes snacking on such tasty treats as a batch of gas or the occasional small satellite galaxy. They are the most abundant type of quasar, according to the Hubble analysis.

The images at top right, bottom left, and bottom right reveal three of the survey's normal-looking galaxies that host quasars. only one galaxy in the sample, at top left, shows evidence of an interaction with another galaxy. The two white blobs are the cores from both galaxies. A streamer of material, colored brown and blue, also lies below the merging galaxies.

The galaxies existed roughly 8 billion to 12 billion years ago, during a peak epoch of black-hole growth. The galaxies' masses are comparable to our Milky Way's. The blue patches are star-forming regions. The brown areas are either dust or old stars.

The images were taken by Hubble's Wide Field Camera 3 between 2011 and 2012.

Image Type: Astronomical/Annotated

 

Credit: NASA, ESA, and K. Schawinski (Yale University)

 

The full news release story:

Black holes in the early universe needed a few snacks rather than one giant meal to fuel their quasars and help them grow, a new study shows.

Quasars are the brilliant beacons of light that are powered by black holes feasting on captured material, and in the process, heating some of the matter to millions of degrees. The brightest quasars reside in galaxies distorted by collisions with other galaxies. These encounters send lots of gas and dust into the gravitational whirlpool of hungry black holes.

Now, however, astronomers are uncovering an underlying population of fainter quasars that thrive in normal-looking spiral galaxies. They are triggered by black holes snacking on such tasty treats as a batch of gas or the occasional small satellite galaxy.

A census of 30 quasar host galaxies conducted with two of NASA's premier observatories, the Hubble Space Telescope and Spitzer Space Telescope, has found that 26 of the host galaxies bear no tell-tale signs of collisions with neighbors, such as distorted shapes. only one galaxy in the sample shows evidence of an interaction with another galaxy. The galaxies existed roughly 8 billion to 12 billion years ago, during a peak epoch of black-hole growth.

The study, led by Kevin Schawinski of Yale University, bolsters evidence that the growth of most massive black holes in the early universe was fueled by small, long-term events rather than dramatic short-term major mergers.

"Quasars that are products of galaxy collisions are very bright," Schawinski said. "The objects we looked at in this study are the more typical quasars. They're a lot less luminous. The brilliant quasars born of galaxy mergers get all the attention because they are so bright and their host galaxies are so messed up. But the typical bread-and-butter quasars are actually where most of the black-hole growth is happening. They are the norm, and they don't need the drama of a collision to shine."

Schawinski's science paper has been accepted for publication in a letter to the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

For his analysis, Schawinski analyzed galaxies observed by the Spitzer and Hubble telescopes in the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS). He chose 30 dust-enshrouded galaxies that appeared extremely bright in infrared images taken by the Spitzer telescope, a sign that their resident black holes are feasting on infalling material. The dust is blocking the quasar's light at visible wavelengths. But infrared light pierces the dust, allowing Schawinski to study the galaxies' detailed structure. The masses of those galaxies are comparable to our Milky Way's.

Schawinski then studied the galaxies in near-infrared images taken by Hubble's Wide Field Camera 3. Hubble's sharp images allowed careful analysis of galaxy shapes, which would be significantly distorted if major galaxy mergers had taken place and were disrupting the structure. Instead, in all but one instance, the galaxies show no such disruption.

Whatever process is stoking the quasars, it's below the detection capability of even Hubble. "I think it's a combination of processes, such as random stirring of gas, supernovae blasts, swallowing of small bodies, and streams of gas and stars feeding material into the nucleus," Schawinski said.

A black hole doesn't need much gas to satisfy its hunger and turn on a quasar. "There's more than enough gas within a few light-years from the center of our Milky Way to turn it into a quasar," Schawinski explained. "It just doesn't happen. But it could happen if one of those small clouds of gas ran into the black hole. Random motions and stirrings inside the galaxy would channel gas into the black hole. Ten billion years ago, those random motions were more common and there was more gas to go around. Small galaxies also were more abundant and were swallowed up by larger galaxies."

The galaxies in Schawinski's study are prime targets for the James Webb Space Telescope, a large infrared observatory scheduled to launch later this decade. "To get to the heart of what kinds of events are powering the quasars in these galaxies, we need the Webb telescope. Hubble and Spitzer have been the trailblazers for finding them."

The team of astronomers in this study consists of K. Schawinski, B.D. Simmons, C.M. Urry, and E. Glikman (Yale University), and E. Treister (Universidad de Concepción, Chile).

CONTACT

Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Kevin Schawinski
Yale University, New Haven, Conn.
203-432-9759
kevin.schawinski@yale.edu