S5 0014+81
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1. 개요
S5 0014+81은 광학적으로 격렬하게 변하는 퀘이사(OVV 퀘이사)이자 블레이자이며, 강력한 방사선원이다. 알려진 가장 밝은 퀘이사 중 하나로, 태양의 300조 배에 달하는 광도를 가지며, 121억 광년 거리에 위치해 적외선 분광법으로 연구된다. 중심에는 태양 질량의 400억 배에 달하는 초대질량 블랙홀이 존재하며, 이 블랙홀은 매년 4,000 태양 질량에 해당하는 물질을 삼킨다. 이 블랙홀은 빅뱅 후 16억 년이라는 우주 초기에 존재했으며, 호킹 복사를 통해 소멸되기까지 1.342 × 10^99년이 걸릴 것으로 예상된다.
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| S5 0014+81 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | S5 0014+81 |
| 다른 이름 | 6C B0014+8120 Q0014+813 |
| 별자리 | 케페우스자리 |
| 겉보기 등급 | 16.5 |
| 유형 | 퀘이사 |
| 참고 사항 | 초고광도 퀘이사 |
| 위치 정보 | |
| 적경 | 00시 17분 08.5초 |
| 적위 | +81° 35′ 08″ |
| 적색 편이 | 3.366 |
| 시선 속도 | 269906km/s |
| 거리 | 3.7 Gpc (1.2×1010 광년) |
2. 특징
S5 0014+81은 OVV(광학적으로 격렬하게 변하는) 퀘이사이며, 블레이자의 한 종류이다. 이 천체는 중심의 초대질량 블랙홀로 물질이 급격하게 강착되면서 형성되는 가장 강력한 부류의 활동 은하핵(AGN)에 속한다.[2] 이 과정에서 중력 에너지가 빛 에너지로 변환되어, 우주적 거리에서도 관측될 수 있을 만큼 강력한 에너지를 방출한다.
S5 0014+81은 알려진 가장 밝고 에너지가 넘치는 퀘이사 중 하나로,[4] 관측 가능한 우주에서 가장 강력한 천체 중 하나로 꼽힌다. 하지만 지구로부터 약 121억 광년이라는 매우 먼 거리에 위치하기 때문에, 주로 적외선 분광법과 같은 특수한 방법을 통해서만 연구가 가능하다. 또한 감마선과 X선에서 전파에 이르기까지 다양한 파장에서 매우 강력한 방사선을 방출하는 특징을 보인다.
2. 1. 광도 및 에너지
S5 0014+81은 알려진 가장 밝은 퀘이사 중 하나로, 총 광도는 1041 W 이상이며,[2] 이는 −31.5에 해당하는 절대 볼로미터 등급과 같다. 만약 이 퀘이사가 지구로부터 280 광년 거리에 있었다면, 태양이 지구에서 내는 에너지와 같은 양의 에너지를 제곱미터당 방출했을 것이다. 따라서 이 퀘이사의 광도는 태양의 약 3 × 1014(300조)배[3]이며, 은하수에 있는 1,000억에서 4,000억 개의 모든 별들을 합친 것보다 25,000배 이상 밝다.[4] 이는 관측 가능한 우주에서 가장 에너지가 넘치는 천체 중 하나임을 의미한다.이러한 막대한 에너지는 중심의 초대질량 블랙홀이 주변 물질을 급격하게 끌어들이는 강착 과정에서 방출된다. S5 0014+81의 중심 블랙홀은 매년 4,000 태양 질량에 해당하는 엄청난 양의 물질을 삼키고 있다. 이 과정에서 중력 에너지가 빛 에너지로 변환되어 우주적 거리에서도 관측될 수 있는 강력한 빛을 내뿜는다.
S5 0014+81은 감마선과 X선에서 전파에 이르기까지 다양한 파장에서 매우 강력한 방사선을 방출하는 천체이기도 하다.
2. 2. 전파원
S5 0014+81은 감마선과 X선에서 전파에 이르기까지 매우 강력한 방사선원이다. 이 퀘이사의 명칭인 ''S5''는 케임브리지 전파원 목록의 제5판(''Fifth Survey of Strong Radio Sources'')에서 유래했으며, ''0014+81''은 1950.0 분점에서의 좌표를 나타낸다. 또한 케임브리지 대학교의 케임브리지 전파원 제6차 조사(Sixth Cambridge Survey of Radio Sources)에서 유래한 6C B0014+8120이라는 명칭도 사용된다.[1]2. 3. 모은하
S5 0014+81의 모 은하는 거대한 타원 별 생성 은하이며, 겉보기 등급은 24이다.3. 초대질량 블랙홀
S5 0014+81은 블레이자의 한 종류인 FSRQ(평탄 스펙트럼 전파 퀘이사)로 분류되며, 중심부에는 거대한 타원 은하의 핵 역할을 하는 초대질량 블랙홀이 존재한다. 이 블랙홀은 은하 전체의 강력한 활동을 일으키는 주된 원인으로 생각된다.
2009년 스위프트 우주선을 이용한 관측 결과, 이 블랙홀의 질량은 태양 질량의 약 400억 배에 달하는 것으로 추정되었다.[5] 이는 우리 은하 중심 블랙홀 질량의 약 1만 배에 해당하며, 발견 당시까지 알려진 가장 큰 블랙홀 중 하나였다. 오랫동안 가장 큰 블랙홀로 여겨졌던 M87의 블랙홀보다도 6배 이상 큰 규모로 인해 "초거대 블랙홀"(ultramassive black holeeng)이라는 별칭을 얻기도 했다.
이 블랙홀은 그 질량만큼이나 거대한 크기를 가지며, 슈바르츠실트 반지름만 해도 약 1200억km에 달한다. 특히 주목할 점은 이처럼 거대한 블랙홀이 빅뱅 이후 불과 16억 년밖에 지나지 않은, 상대적으로 우주 초기에 이미 형성되어 있었다는 사실이다. 이는 초대질량 블랙홀이 우주 역사 초기에 매우 빠르게 성장할 수 있음을 시사하는 중요한 단서가 된다.
다만, 이 블랙홀의 질량 측정은 광도를 기반으로 한 간접적인 추정 방식이며, 몇 가지 불확실성과 한계점을 가지고 있어 추가적인 검증이 필요하다는 지적도 있다. 이론적인 진화 모델에 따르면, 이 블랙홀은 호킹 복사를 통해 매우 오랜 시간에 걸쳐 서서히 증발하여 소멸할 것으로 예측된다.[6][9]
3. 1. 관측 및 측정
S5 0014+81은 블레이자의 한 종류인 FSRQ(평탄 스펙트럼 전파 퀘이사)로 분류되며, 중심에 초대질량 블랙홀을 품고 있는 거대한 타원 은하이다. 이 중심 블랙홀이 은하의 강력한 활동을 일으키는 원인으로 여겨진다.
2009년, 한 천문학자 팀이 스위프트 우주선을 이용하여 S5 0014+81의 광도를 측정하고 이를 바탕으로 중심 블랙홀의 질량을 추정했다. 측정 결과, 이 블랙홀의 질량은 태양 질량의 약 400억 배에 달하며, 이는 우리 은하 중심에 있는 블랙홀보다 약 10,000배 더 무거운 값이다.[5] 이 발견으로 S5 0014+81의 블랙홀은 당시까지 알려진 가장 큰 블랙홀 중 하나가 되었다. 이는 오랫동안 가장 큰 블랙홀로 알려졌던 M87 중심 블랙홀 질량의 6배가 넘는 규모이며, 이 때문에 "초거대 블랙홀(ultramassive black hole)"이라는 명칭으로 불리기도 한다.
이 블랙홀의 슈바르츠실트 반지름은 약 1200억km에 달한다. 이는 사건의 지평선의 지름이 약 2400억km, 즉 약 1,600 AU에 해당함을 의미하며, 이는 태양계의 명왕성 공전 궤도 반지름의 약 40배에 달하는 거대한 크기이다. 또한 이 블랙홀의 질량은 대마젤란 은하 네 개의 질량을 합한 것과 맞먹는다. 더욱 놀라운 점은 이렇게 거대한 블랙홀이 빅뱅 이후 불과 16억 년밖에 지나지 않은, 상대적으로 우주 초기에 형성되었다는 사실이다. 이는 초대질량 블랙홀이 예상보다 훨씬 빠르게 성장할 수 있음을 시사한다.
하지만 이 질량 측정 결과에는 몇 가지 고려해야 할 점이 있다. 첫째, 이 측정은 블랙홀 주변의 빛을 분석하는 간접적인 방식으로 이루어졌으며, 케플러의 법칙을 이용한 직접적인 궤도 분석을 통한 검증은 이루어지지 않았다. S5 0014+81과 같이 극도로 밝은 퀘이사 주변에서는 근처 별들의 빛이 강하게 간섭하여 정확한 질량 추정을 어렵게 만들 수 있다. 둘째, 분석에 사용된 스펙트럼이 주로 장파장 영역에 해당하여 퀘이사의 모든 특징을 완벽하게 설명하지 못할 수 있다. 셋째, 퀘이사를 둘러싼 강착 원반이 에딩턴 광도의 약 40%에 달하는 매우 밝은 빛을 내뿜고 있는데, 이는 블랙홀의 중력을 이겨낼 정도의 강력한 복사압이 발생하고 있음을 의미한다. 따라서 관측된 특징 중 일부는 이러한 강한 복사압이나 주변의 먼지 및 가스와의 상호작용 등 아직 밝혀지지 않은 효과에 의한 것일 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 관측된 엄청난 에너지를 설명하기 위해서는 초거대 질량의 블랙홀이 필요하다는 점에서 그 존재 가능성은 여전히 유력하게 남아있다.
S5 0014+81의 블랙홀 질량에 기반한 진화 모델에 따르면, 이 블랙홀은 호킹 복사를 통해 서서히 질량을 잃고 증발하여 완전히 소멸되기까지 약 1.3 × 1099년이 걸릴 것으로 예측된다.[6] 이는 우주가 블랙홀 시대의 종말에 가까워지는 시기로, 현재 우주의 나이보다 1088배 이상 긴 시간이다. 하지만 블랙홀은 주변 물질을 흡수하며 계속 질량이 증가할 가능성이 있으므로, 실제 소멸 시기는 이보다 더 늦춰질 수 있다.[9]
3. 2. 크기 및 특징
S5 0014+81은 블레이자의 한 종류인 FSRQ(평탄 스펙트럼 전파 퀘이사)로 분류되며, 그 중심에는 초대질량 블랙홀을 품고 있는 거대한 타원 은하이다. 이 블랙홀이 은하의 강력한 활동을 일으키는 원인으로 여겨진다.
2009년, 천문학자 팀은 스위프트 우주선을 이용하여 S5 0014+81의 광도를 측정하고 이를 바탕으로 중심 블랙홀의 질량을 추정했다. 그 결과, 이 블랙홀의 질량은 태양 질량의 약 400억 배에 달하며, 이는 우리 은하 중심에 있는 블랙홀 질량의 약 1만 배에 해당하는 엄청난 규모이다.[5] 이 발견으로 S5 0014+81의 블랙홀은 지금까지 알려진 가장 큰 블랙홀 중 하나로 기록되었으며, 오랫동안 가장 큰 블랙홀로 알려졌던 M87 중심 블랙홀 질량의 6배가 넘는 크기이다. 이 때문에 "초거대 블랙홀"(ultramassive black hole)이라는 명칭으로 불리기도 한다.
이 블랙홀의 슈바르츠실트 반지름은 약 1200억km (1,183.5억 km)에 달한다. 이는 사건의 지평선의 지름이 2400억km (2,367억 km), 즉 약 1600 AU에 해당함을 의미하며, 명왕성의 공전 궤도 반지름보다 약 40배나 큰 거리이다. 또한, 이 블랙홀의 질량은 대마젤란운 네 개를 합친 것과 맞먹는다. 더욱 놀라운 점은 이처럼 거대한 블랙홀이 빅뱅 이후 불과 16억 년밖에 지나지 않은 초기 우주에 이미 존재했다는 사실이다. 이는 초대질량 블랙홀이 우주 역사 초기에 매우 빠르게 형성될 수 있음을 시사한다.
하지만 이 질량 측정 결과에는 몇 가지 고려할 점이 있다. 첫째, 광도를 이용한 간접적인 측정 방식으로, 케플러의 법칙을 이용한 직접적인 궤도 분석을 통한 검증이 이루어지지 않았다. S5 0014+81과 같이 극도로 밝은 퀘이사의 경우, 주변 별들의 빛보다 훨씬 강하기 때문에 정확한 질량 추정에 어려움이 따를 수 있다. 둘째, 분석에 사용된 스펙트럼이 장파장 영역에 해당하여 퀘이사의 모든 특징을 완벽하게 설명하기에는 한계가 있을 수 있다. 셋째, 퀘이사를 둘러싼 강착 원반이 에딩턴 광도의 약 40%에 달하는 매우 밝은 빛을 내뿜고 있는데, 이는 블랙홀의 중력을 이겨내고 물질을 밀어낼 수 있을 정도의 강력한 복사압이 발생하고 있음을 의미한다. 따라서 관측된 특징 중 일부는 먼지나 가스와 상호작용하는 아직 밝혀지지 않은 효과에 의한 것일 가능성도 제기된다. 그럼에도 불구하고, 관측된 퀘이사의 막대한 에너지를 설명하기 위해서는 현재로서는 거대한 질량의 블랙홀 외에는 뚜렷한 대안이 없으므로, S5 0014+81이 초거대 블랙홀일 가능성은 여전히 유력하다.
S5 0014+81의 블랙홀 질량을 기반으로 한 진화 모델에 따르면, 이 블랙홀은 호킹 복사를 통해 서서히 질량을 잃고 최종적으로 소멸하기까지 약 1.342 × 1099년이라는 상상하기 어려운 시간이 걸릴 것으로 예측된다. 이는 우주가 현재 나이보다 1088배 이상 더 오래 지속된 후, 이른바 '블랙홀 시대'의 막바지에 해당하는 시점이다.[6][9] 하지만 블랙홀은 주변 물질을 흡수하며 계속 질량이 증가할 수 있으므로, 실제 소멸 시기는 이보다 더 늦춰질 수 있다.
3. 3. 진화 모델
S5 0014+81의 초대질량 블랙홀 질량을 바탕으로 한 진화 모델에 따르면, 이 블랙홀은 호킹 복사를 통해 소멸되기까지 약 1.342 × 1099년이 걸릴 것으로 예측된다.[6][9] 이는 우주의 블랙홀 시대의 종말에 가까운 시간이며, 현재 우주 나이의 1088배 이상에 해당한다.[6][9] 하지만, 이 블랙홀의 질량이 계속 증가하고 있기 때문에 실제 소멸 시기는 예측보다 더 늦어질 수 있다.[9]3. 4. 측정의 한계
2009년 발표된 S5 0014+81의 초대질량 블랙홀 질량 측정 결과(ultramassive black hole|극대질량 블랙홀eng로 명명됨)는 몇 가지 한계점을 가지고 있다.첫째, 이 측정은 케플러의 법칙을 직접 적용한 것이 아니라, 스위프트 위성으로 관측한 퀘이사의 광도를 바탕으로 간접적으로 이루어졌다. S5 0014+81처럼 밝은 퀘이사는 드물며, 주변 항성들의 빛이 더 강할 수 있어 측정의 정확성이 떨어질 수 있다는 지적이 있다.
둘째, 분석에 사용된 스펙트럼 데이터가 장파장 영역에 치우쳐 있어, 퀘이사의 전체적인 특징을 충분히 설명하지 못할 수 있다.
셋째, 퀘이사를 둘러싼 강착 원반이 매우 밝게 빛나고 있다는 점도 문제다. 이 원반은 에딩턴 광도의 약 40%에 달하는 밝기를 내는데, 이는 블랙홀의 중력을 이겨내고 원반 물질을 밀어낼 수 있을 정도의 강한 복사압이 발생하고 있음을 의미한다. 따라서 관측된 특징들이 블랙홀 자체의 속성이라기보다는, 주변의 먼지나 가스와 상호작용하는 과정에서 나타나는 미지의 효과일 가능성도 제기된다.
하지만 이러한 한계점에도 불구하고, 관측된 퀘이사의 엄청난 에너지를 설명하기 위해서는 거대한 질량의 블랙홀이 필요하다는 점에서 극대질량 블랙홀의 존재 가능성은 여전히 남아있다.
참조
[1]
웹사이트
NED results for object S5 0014+81
https://ned.ipac.cal[...]
[2]
논문
The most luminous quasar - S5 0014+81
1983-12-15
[3]
웹사이트
Sun Facts
http://solarscience.[...]
2015-01-14
[4]
웹사이트
The Properties of Galaxies
https://www.cfa.harv[...]
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
2015-01-18
[5]
논문
The blazar S5 0014+813: a real or apparent monster?
2009-07-14
[6]
논문
Particle Emission Rates from a Black Hole: Massless Particles from an Uncharged, Nonrotating Hole
1976
[7]
뉴스
Sun Facts
nasa.gov
2015-01-14
[8]
뉴스
The Properties of Galaxies
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
2015-01-18
[9]
문서
See in particular equation (27).
[10]
웹인용
NED results for object S5 0014+81
https://ned.ipac.cal[...]
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