퀘이사란 무엇일까 — 별이 아니라, 은하의 심장이 타오르는 빛

1.별인 줄 알았던 한 점

1950년대 말, 천문학자들은 하늘 곳곳에서 강한 전파를 쏘아 보내는 점들을 찾아냈다. 사진으로 보면 그저 별 같다. 그러나 그 빛을 스펙트럼으로 펼쳐 보면, 어느 별의 것과도 닮은 데가 없었다. 정체를 몰라, 한동안은 그저 ‘별 비슷한 무엇’이라 불렀을 뿐이다.

수수께끼가 풀린 해가 1963년이다. 마르텐 슈미트라는 천문학자가 3C 273의 정체불명한 선들을 오래 들여다보다, 그것이 15.8%나 붉은 쪽으로 밀려난 수소의 흔적임을 알아챘다. 빛이 그만큼 붉게 늘어났다면, 그 천체는 아득히 멀리 있다는 뜻이다. 그런데 그렇게 먼 곳에서 이만큼 밝게 보이려면, 대체 얼마나 큰 불이 타고 있어야 할까.

답은 은하의 한복판에 있었다. 퀘이사는 먼 은하의 중심에서, 태양의 수억 배가 넘는 초대질량 블랙홀이 주변 물질을 삼키며 타오르는 빛이다. 그 하나의 빛이 자신을 품은 은하, 그러니까 수천억 개의 별을 다 합친 밝기마저 가볍게 넘어선다.

3.태양의 500조 배라는 밝기

퀘이사가 얼마나 밝은지는, 숫자 앞에서야 겨우 실감이 난다. 앞서 만난 3C 273은 24억 광년 밖에 있으면서도 아마추어의 망원경에 잡힌다. 보통 사람이 눈으로 더듬어 볼 수 있는 가장 먼 천체다. 그러나 이건 시작에 지나지 않는다. 2024년, 유럽남천문대가 발표한 J0529-4351은 지금껏 관측된 천체 가운데 가장 밝다. 태양의 500조 배.

그 중심 블랙홀은 태양의 170억 배 무게이고, 하루에 태양 하나씩을 통째로 삼키며 자란다. 우주에서 가장 밝은 등불이 너무 밝다는 이유로 눈앞에서 놓쳐졌으니, 조금 얄궂은 노릇이다.

4.같은 천체, 다른 얼굴

퀘이사 가운데 일부는 블랙홀 곁에서 가느다란 제트를 뿜는다. 강한 자기장이 물질을 좁은 빔으로 짜내, 거의 빛의 속도로 은하 밖까지 쏘아 올린다. 3C 273의 제트만 해도 20만 광년을 뻗어, 우리 은하를 통째로 가로지르고도 남을 길이다.

정말 재미있는 대목은 따로 있다. 같은 퀘이사라도 우리가 보는 각도에 따라 그 이름이 달라진다. 그 제트가 지구를 정면으로 겨누고 있으면, 우리는 그걸 블레이자라 부른다. 그러니 퀘이사와 블레이자와 전파은하는, 알고 보면 하나의 물체다. 블랙홀과 강착원반과 제트로 이루어진 같은 구조를, 그저 서로 다른 방향에서 바라보았을 뿐이다. 천문학자들은 이 그림을 ‘활동은하핵 통합모형’이라 부른다.

5.그 빛이 우리에게 알려 주는 것

퀘이사는 그저 먼 구경거리가 아니다. 그 거센 제트와 바람은 은하의 가스를 바깥으로 밀어내, 새 별이 태어날 자리마저 앗아 가기도 한다. 자신을 품은 은하의 운명까지 스스로 좌우하는 존재다. 또 하나가 있다. 퀘이사는 우주에서 가장 멀리서도 보이는 등불이다. 그래서 그 앞을 가로지르는 모든 것을, 뒤에서 환히 비춰 준다. 그 빛을 꼼꼼히 분석하면, 은하와 은하 사이 텅 빈 줄로만 알았던 그 광막한 공간에 옅게 떠도는 가스의 지도까지, 우리는 앉은자리에서 고스란히 그려 낼 수 있다. 초기 우주에 유난히 흔했던 이 괴물들은, 우주가 어떻게 자라 왔는지를 말없이 짚어 주는 이정표이기도 하다.

별인 줄 알았던 한 점의 빛이, 알고 보니 한 은하의 심장이 타오르는 소리였다.

그 작은 점 안에 은하 하나가 통째로 들어 있음을 알고 나면, 오늘 밤 올려다보는 하늘은 당신에게 조금은 다르게 보일지도 모른다.

§참고한 자료

이 글의 사실은 아래 1차 문헌(원논문)과 기관 발표에 근거합니다. 위키백과·보도자료가 인용하는 원출처까지 함께 밝혀 둡니다.