지식보관소_ 우주에서 가장 강력하다는 퀘이사의 정체

 

 

우리 눈으로 보기는 어렵지만

우주에는 QSO(Quasi-Stellar Object)

일명 퀘이사(준성)이라고 하는 천체가 있습니다.

오늘 주제는 이 퀘이사에 대한 재미난 이야기입니다.

 

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요새는 서울에서 미세먼지 때문에 잘 안 보이지만

밤하늘의 별들을 보고 있다 보면

참 아름답다는 생각을 하게 될 때가 많은데요.

 

재미난 건 밤 하늘의 별들을 보면서

“오빠, 저 별 너무 정말 예쁘다. 나처럼 말이야” 라고 하면

십중팔고 그게 일반적인 별이 아닐 경우가 많다는 건데요.

아마 대부분 인공위성이거나, 태양계 행성이거나, 다른 은하거나,

퀘이사거나, 헛걸 본 거거나

아무튼 밤하늘에 보이는 이 예쁜 반짝이는 불빛들을

우리는 천체라고 합니다.

 

그런데 사실 우리 눈으로 보기는 어렵지만

우주에는 QSO(Quasi-Stellar Object)

일명 퀘이사(준성)라고 하는 천체가 있습니다.

오늘 주제는 이 퀘이사에 대한 재미난 이야기입니다.

 

이 퀘이사를 설명하기 위해서는

밤하늘에 보이는 별에 대해서 설명해야 하는데요.

밤에 가로등 불빛이 멀리 떨어져 있을수록 잘 안 보이고

가까이 있을수록 잘 보이는 것과 같이

당연히 밤하늘의 별도

가까이 있을수록 눈에 잘 보일 텐데요.

 

문제는 밤하늘의 별은 아무리 가까이 있어도

지구에서 가장 가까운 별인, 알파 센타우리도

4.3광년 떨어져 있을 만큼

어마어마한 공간이 빈 공간으로 되어 있다는 건데요.

이는 무려 1초 만에 지구를 7바퀴 반 도는 빛의 속도로 날아가도

4.3광년을 가야 가까운 별에 도착한다는 의미입니다.

 

그런데 가장 가까운 알파 센타우리계를 돌고 있는 별인

Proxima Centauri조차 우리 눈으로 보이지 않기 때문에

사실 밤하늘에서 우리 눈에 보이는 별을 찾는 건

무지하기 어려운 일입니다.

 

따라서 우리가 볼 수 있는 별들은

태양계에서 상당히 가까운 별들이거나

크기가 무진장 큰 리겔 같은 별들인데요.

 

만약 우리은하 반대쪽에

이론상으로 존재할 수 있는 가장 큰 별이 있다고 하더라도

10만 광년 가까이 떨어진 그 거리에 있는 별을

우리가 눈으로 볼 수 있을 가능성은 없습니다.

 

하지만 10만 광년보다 더 멀리 떨어져 있어도

우리가 눈으로 볼 수 있는 천체들은 있는데요.

페르시아의 천문학자 압드-알라흐만 알수피는

서기 964년 하늘에서 작은 구름을 관측했다고 묘사합니다.

 

이후 수많은 천문학자들에 의해

이 우주에 존재하는 작은 구름은 M31이라는 별칭을 가지게 되는데요.

 

아니 근데 우주의 구름이라니 이상하지 않나요?

그래서 불과 100년 전까지 이 M31이

우리은하에 존재하는 가스 덩어리들의 집합

즉 성운이라고 생각을 했는데요.

 

그러다가 1925년 에드윈 허블에 의해서 인류 역사의 대 격동이 일어납니다.

에드윈 허블은 M31에서 세페이드 변광성을 발견하면서

M31이 수천 억 개의 별들이 모인 집합체라는 걸 알게 되는데요.

 

이때까지만 해도 인류는

우리 은하까지가 우주 크기의 전부라고 알고 있었습니다.

네 그렇습니다.

이 M31이라는 물체는 여러분도 너무나도 잘 알고 있는 물체

바로 우리들의 개념이 모여 있는 곳이죠.

안드로메다 은하입니다.

 

아무튼 인류는 세페이드 변광성 덕분에

우주에 우리은하 같은 은하가

무한히 많다는 걸 알게 되었을 뿐만 아니라

무려 은하 간의 거리를 측정할 수 있는 새로운 방법을 알게 됩니다.

 

이 안드로메다 은하까지의 거리는

지구로부터 250만 광년 떨어져 있는데

이 거리에서는 이렇게 태양 같은 별이 수천 억 개 모여 있어야

우리 눈에 별 하나로 보일 정도로 굉장히 먼 거리입니다.

 

이렇게 인류는 우주가 수많은 별들을 보유한

은하들의 집합체라고 결론을 내릴 수 있었는데요.

문제는 천체 물리학이 발달하면서 일어납니다.

 

 

이제부터 본격적으로 소름 돋는 퀘이사 이야기를 할 건데요.

그런데 1950년대에 그냥 별처럼 보이는데

어마무시한 전파를 발생하는 별들이 발견된 겁니다.

 

사실 우주에 있는 별까지 거리를 측정하는 방법 중에

연주시차를 이용하는 방법 등 여러 가지 방법들이 있는데

이건 지금 얘기하면 너무 길어지니까 다음에 설명하기로 하고

아무튼 거리를 재봤을 때 분명 상당히 멀리 떨어져 있을 텐데

그 크기나 전파의 세기가 이론적으로는 불가능한 수치였죠.

 

그러니까 아무리 성능 좋은 망원경으로 관측해도

그냥 일반 별(항성)처럼 보이는데

이걸 별이라고 인정하면

기존의 모든 물리학 법칙이 깨질 정도로 말이 안 되는 수치였습니다.

 

심지어 이 별은 그전까지 얻은 모든 항성들의 스펙트럼과

전혀 일치하지 않았는데요.

한마디로 갑자기 완전 수수께끼 덩어리의 천체 하나가

딱 하고 나타난 상황이었습니다.

 

이쯤에서

“에이 그래도 20세기 초반에

상대성이론이랑 양자역학이 탄생했던 기적의 시기인데

1950년대였으면 금방 정체를 알아냈겠지”

하고 마음을 놓고 계실 텐데요.

 

놀랍게도 이 퀘이사의 정체성 논란은

우리가 2002년 월드컵을 할 때까지도 진행 중이었습니다.

얼마나 이 천체가 미지의 천체였냐면

당시에는 이게 이론으로만 존재하는 화이트홀이라는 주장에서부터

상대성이론의 중력 렌즈로 생긴 신기루라는 등

정말 여러 가지 가설이 존재했는데요.

 

이제 본격적으로 소름 돋을 준비를 하시고요.

그런데 시간이 흐르면서 이 퀘이사의 거리가

정말 무진장 멀리 떨어져 있다는 게 밝혀졌습니다.

 

과연 얼마나 멀리 떨어져 있길래 제가 이렇게 오바할까요?

1만 광년? 10만 광년? 아니면 100만 광년?

 

아닙니다.

퀘이사들은 지구로부터 최소 수십억 광년 이상 떨어져 있었는데요.

잘못 들으신 게 아닙니다.

최소 수십억 광년 이상 떨어져 있었어요.

 

아니 그러니까 별이 최소 수천억 개가 모여 있는 초대형 은하인 안드로메다 은하가

지구로부터 250만 광년 떨어져 있는데도

작은 하나의 별처럼 보이는데

퀘이사는 이런 안드로메다 은하보다

100배 이상 멀리 떨어져 있었다는 겁니다.

 

심지어 아무리 관측을 해봐도

이 별에서 나오는 전파원의 크기로 봤을 때

일반 항성들 크기였는데요.

 

그러니까 다시 말해서 별 하나 정도 크기로 보이는 저 물체 하나가

무려 은하계에 있는 수천억 개의 모든 별빛을 다 합친 것보다

최소 수백배 이상 밝다는 의미인데요.

아니 대체 어떻게 10억 광년 떨어진 거리에서

지구에 영향을 미칠 정도로 강력한 저 천체는 무엇이었을까요?

 

현재까지 밝혀진 정설은

이 퀘이사는

우리가 상상도 할 수 없는 초거대 질량 블랙홀이라는 것입니다.

 

그러니까 질량이 무려 태양의 수십억 배가 넘는

초거대 질량 블랙홀이

우리 은하만한 크기에 놓인 별들을 통째로 집어삼키면서

엄청난 에너지와 빛이 발생한다는 것인데요.

 

현재 관측 결과, 몇몇 퀘이사의 밝기는

태양의 수천조배에서 1경배에 이를 정도로

정말 말도 안 되는 에너지로 발생한다고 합니다.

 

이 정도의 에너지면

만약 우리부터 10만 광년 떨어진 위치에 퀘이사를 갖다 놔도

인류는 그 방사선 에너지로

그 즉시 전멸할 정도로 가공할 위력이라는 건데요.

 

다행히도 이런 케이사는

최소 수십억 광년 거리에만 관측된다고 합니다.

그 얘기는 이 퀘이사의 빛이

광속으로 수십억 년을 날아와서

지금 우리가 본다는 거니까

대체 수십억 년 전 우리가 살던 우주에는

무슨 일이 있었던 걸까요?