"초기 우주 미확인 천체 '작은 빨간 점'은 가스로 둘러싸인 블랙홀"

미국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측을 통해 수집된 '작은 빨간 점(little red dots, LRD)' 샘플들. 이 천체들은 빅뱅 이후 약 6억년 뒤에 대량 출현해 약 15억년 뒤에 급감한다는 사실이 확인됐다. NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski/Colby College 제공

미국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측을 통해 다수 발견된 우주 초기의 미확인 천체 '작은 빨간 점(little red dots, LRD)'의 정체를 두고 두꺼운 가스층에 둘러 싸인 블랙홀이라는 공통된 분석 결과가 이어지고 있다.

바딤 루사코프 영국 맨체스터대 조드렐 뱅크 천체물리학센터(JBCA) 연구원팀은 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측으로 발견한 새로운 천체 '작은 빨간 점(LRD, little red dots)'의 정체가 초기 우주에서 가스에 둘러싸인 채 성장 중인 블랙홀일 가능성이 크다는 분석 결과를 14일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 공개했다.

LRD의 존재는 2022년 JWST가 처음 포착했다. 지금까지 알려진 천체와는 특성이 달라 천문학자들의 관심이 쏠렸다. 연구 초창기에는 LRD가 성숙한 은하로 추정됐지만 후속 관측 결과 LRD의 크기가 매우 작아 별이 모인 은하로 보기엔 어려웠다. 일반적인 별의 형성 과정이나 초대질량 블랙홀과도 특성이 달랐다. 

연구팀은 총 30개의 은하 데이터를 분석해 LRD의 정체가 촘촘한 가스 구름으로 둘러싸인 블랙홀이라고 추정했다. LRD 중심부에서 방출된 빛의 스펙트럼을 분석한 결과 블랙홀을 둘러싼 촘촘한 가스 구름 속 전자가 광자를 산란시켜 생성된 빛으로 분석됐다. 또 중심부 블랙홀의 크기가 기존 연구에서 추정된 것보다 약 100분의 1 수준으로 작을 것이라고 계산했다. 

연구팀은 이런 '고치 단계'가 흔한지, 블랙홀과 은하의 성장에 어떤 영향을 미치는지 후속 연구를 통해 탐구를 이어갈 계획이다.

LRD가 조밀한 가스 구름에 둘러싸인 블랙홀이라는 결론은 다른 연구그룹에서도 공통으로 제시된다. LRD가 이론적으로 제안된 천체인 '블랙홀별(blackhole star)'일 가능성이 유력하다는 뜻이다. 일반 별처럼 핵융합이 아닌 블랙홀로 에너지를 얻어 밝은 빛을 내는 천체다.

지난해 9월 10일(현지시간) 국제학술지 '천문학 및 천체물리학'에 공개된 국제 공동연구팀의 연구논문에 따르면 LRD에서 나오는 빛을 분석한 결과 블랙홀처럼 극도로 에너지가 높으면서도 별의 대기층과 유사한 따뜻하고 밀도 높은 가스에 둘러싸여 있어야 하는 것으로 나타났다. 

미첼 베겔만 미국 실험천체물리학합동연구소(JILA) 교수팀은 LRD가 신생 블랙홀과 블랙홀을 둘러싼 거대한 가스 덩어리인 블랙홀별이라는 분석 결과를 지난해 7월 논문 사전공개 사이트 '아카이브(arXiv)'에 공개했다.

미국 애리조나대 연구팀은 지구로부터 약 10억광년(1광년은 빛의 속도로 1년간 이동한 거리) 떨어진 LRD 3개를 발견하고 연구결과를 지난해 7월 arXiv에 공개하기도 했다. LRD가 초기 우주뿐 아니라 성숙한 우주에서도 나타날 수 있다는 점을 시사한다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41586-025-09900-4
- doi.org/10.1051/0004-6361/202554681
- doi.org/10.48550/arXiv.2507.09085
- doi.org/10.48550/arXiv.2507.10659

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]