UCLA 천체물리학자, 초기 우주 초대질량 블랙홀 형성에서 암흑 물질의 역할을 밝혀내다

UCLA 천체물리학자 팀이 초기 우주에 초거대 블랙홀이 존재하는 이유를 설명하는 놀라운 이론을 제안했습니다. 이는 수십 년 동안 과학자들을 당혹스럽게 했던 미스터리입니다. 그들의 연구는, 출판 Physical Review Letters 저널에 실린 연구에 따르면 암흑 물질이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 일찍 이 거대한 우주 거성의 형성에 중요한 역할을 했을 가능성이 있다고 합니다.

우리 은하의 중심에 있는 것과 같은 초거대 블랙홀은 일반적으로 수십억 년에 걸쳐 형성됩니다. 일부는 우리 태양의 수십억 배에 달하는 질량을 가진 이 괴물 같은 존재는 가스와 별의 점진적인 축적과 블랙홀 합병을 통해 생겨난 것으로 생각됩니다. 그러나 제임스 웹 우주 망원경은 우주의 유아기에 형성된 것으로 보이는 초거대 블랙홀을 감지해 왔으며, 이는 기존 천체물리학 이론에 역설을 제시합니다.

UCLA 물리학 및 천문학 교수이자 이 연구의 수석 저자인 알렉산더 쿠센코는 "우주 자체의 나이가 불과 5억 년인데 태양 질량이 10억 배인 초대질량 블랙홀을 발견했다는 것은 얼마나 놀라운 일인가"라고 말했습니다. 보도 자료. “공룡 뼈 사이에서 현대 자동차를 발견하고 선사시대에 그 자동차를 만든 사람이 누구인지 궁금해하는 것과 같습니다.”

이 수수께끼 같은 발견은 연구자들이 전통적인 설명을 넘어서 보도록 강요했습니다. 일부 과학자들은 거대한 가스 구름이 별의 진화와 합병의 긴 과정을 우회하여 초거대 블랙홀로 직접 붕괴될 수 있다고 제안했습니다. 그러나 가스 구름의 빠른 냉각은 일반적으로 더 작은 물체로 파편화되어 대형 블랙홀의 형성을 방해합니다.

"가스가 얼마나 빨리 식는지는 분자 수소의 양과 많은 관련이 있습니다." 이 연구의 첫 번째 저자이자 UCLA 박사과정 학생인 Yifan Lu가 보도자료에서 말했습니다. "[수소] 분자는 열 에너지를 흡수하고 방출하면서 냉각제가 됩니다. 초기 우주의 수소 구름은 분자 수소가 너무 많았고, 가스는 빠르게 식어서 큰 구름 대신 작은 후광을 형성했습니다."

루는 박사후 연구원인 재커리 피커와 함께 미지의 영역에 도전하여 가능한 해결책을 찾아냈습니다. 그들은 가스 구름의 냉각에 영향을 미치는 추가 방사선을 통합한 시뮬레이션을 개발했습니다. 그들은 이 방사선이 분자 수소를 방해하고 가스가 너무 빨리 냉각되는 것을 방지하여 큰 구름이 형성되고 결국 초거대 블랙홀로 붕괴되는 것을 허용할 수 있다는 것을 발견했습니다.

루는 "특정 에너지 범위의 방사선을 추가하면 분자수소가 파괴되고 대형 구름의 파편화를 방지하는 조건이 만들어진다"고 덧붙였다.

하지만 이 위험한 방사선의 근원은 무엇일까?

그들의 답은 우주의 상당 부분을 구성하는 이해하기 힘든 물질인 암흑 물질을 가리킨다. 암흑 물질은 중력적 영향을 통해 감지되었지만 정확한 본질은 여전히 ​​알려지지 않았다. 연구자들은 암흑 물질이 수소 구름을 충분히 따뜻하게 유지하여 파편화를 방지하는 데 필요한 방사선을 생성할 수 있는 광자, 즉 광 입자로 붕괴되는 불안정한 입자로 구성될 수 있다고 추측한다.

"이것은 초거대 블랙홀이 매우 일찍 발견되는 이유에 대한 해결책이 될 수 있습니다."라고 Picker는 덧붙였습니다. "낙관적이라면 이것을 한 종류의 암흑 물질에 대한 긍정적인 증거로 읽을 수도 있습니다. 이 초거대 블랙홀이 가스 구름의 붕괴로 형성되었다면 필요한 추가 복사는 암흑 섹터의 알려지지 않은 물리학에서 나와야 할 것입니다."

이 이론은 초기 초거대 블랙홀의 형성에 대한 그럴듯한 설명을 제공할 뿐만 아니라 암흑 물질과 일반 물질 간의 새로운 상호 작용을 암시합니다. 이러한 상호 작용은 우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으키고 암흑 물질의 속성을 탐구하는 새로운 길을 열 수 있습니다.

천체물리학자들이 초기 우주의 미스터리를 계속 풀어나가는 가운데, 이 연구는 존재하는 가장 오래되고 거대한 물체 중 일부가 어떻게 생겨났는지 이해하는 데 있어 기념비적인 진전을 나타냅니다. 이 우주 사가에서 암흑 물질의 흥미로운 역할은 우주의 복잡성과 경이로움을 강조하며, 많은 비밀이 아직 밝혀지지 않았다는 것을 상기시켜줍니다.