천문연, 초대질량 블랙홀 천체 '퀘이사' 찾아낼 새로운 방법 제시

[이데일리 강민구 기자] 한국천문연구원 연구진을 포함한 국제 공동 연구진이 초대질량 블랙홀 천체인 퀘이사를 더 많이 발견할 수 있는 방법을 제시했다. 초기 우주 천체 형성을 연구하는데 중요한 천체이지만 지구에서 너무 멀어 관측하기 어려웠던 문제를 해결한 것이다.

천문연의 아르만 샤필루 박사와 사타드루 박 박사가 이끄는 국제공동 연구진은 퀘이사의 광도곡선을 재구성해 중력렌즈 현상을 겪은 퀘이사를 찾아내는 방법을 제시했다.

중력렌즈는 질량을 가진 천체가 근처 시공간을 휘게 해서 렌즈와 같은 역할을 하는 현상이다. 렌즈 작용을 하는 천체의 중력에 의해 빛의 굴절이 일어나 광원인 천체의 모습이 여러 개로 보이거나 변형되어 더 밝아지거나 어두워지는 현상을 뜻한다.

중력렌즈 퀘이사.(자료=한국천문연구원)

퀘이사에 중력렌즈 현상이 일어나면 퀘이사의 이미지가 서로 다른 위치에 여러 개의 모습으로 보이게 된다. 대형 망원경을 사용하지 않으면 이미지를 구분하기 어려워 중력렌즈 현상이 일어났는지 명확하게 판명할 수 없다. 퀘이사의 광도곡선을 이용하면 대형 망원경으로 오랜 시간 관측할 필요 없이 중력렌즈 현상 발생 여부를 판명할 수 있지만 퀘이사 밝기가 변하는 유형을 규격화하기 어려워 본래 퀘이사의 광도곡선 파악에 한계가 있었다.

연구팀은 본래 퀘이사의 광도곡선 모양을 모르더라도 중력렌즈 퀘이사를 발견하는 관측법을 제시했다. 퀘이사가 중력렌즈 현상을 겪었다고 가정하고, 중력렌즈로 구분된 두 신호 사이에 걸린 시간을 조정했다. 신호 사이에 걸린 시간이 실제 시간과 다르면 임의로 재구성한 퀘이사의 광도곡선에 심한 왜곡 현상이 발생한다는 방법을 이용해 광도곡선에 왜곡 현상이 적게 일어나는 시간을 구했다.

이 방법을 사용을 사용하면 중력렌즈 퀘이사를 발견할 가능성이 최소 2배 이상 늘어나는 반면 일반 퀘이사를 중력렌즈 퀘이사로 잘못 찾을 가능성은 줄일 수 있다. 중력렌즈 퀘이사가 이미지 사이 밝기, 광도곡선의 시간차 등의 정보를 가지고 있다는 점에서 정확한 거리를 측정해 현대 천문학의 난제인 ‘허블상수 불일치 문제’ 해결에도 도움이 될 수 있다.

아르만 샤필루 박사는 “거대한 망원경을 오랜 기간 사용하지 않아도 중력렌즈 퀘이사를 효과적으로 발견하는 방법을 제시했다”고 말했다.

연구 결과는 ‘천체물리학저널(The Astrophysical Journal)’에 지난 달 15일자에 실렸다.