전파각도가 1˝이하이고, 광학적으로도 보통 별과 구별이 되지 않는 천체.

본문 출처 : 두산세계대백과 EnCyber



강력한 전파원(電波源)이며, 항성상(恒星狀) 천체 또는 항성상 전파원이라고도 한다. 광학적으로는 항성상 전파천체로 변광하고 있다. 스펙트럼은 연속성분과 휘선(輝線)이 주가 되고, 보통의 파장 위치보다 크게 적색쪽으로 벗어나 있다. 특히 적색편이(赤色偏移)가 큰 것에는 흡수선이 보일 때도 있다. 만약 이 적색편이가 준성이 우리로부터 멀어지기 때문에 일어나는 도플러 효과에 의한다면 광속(光速)의 약 1/2의 속도에 달하는 것도 있다.

또 전파천체로서는 기록되지 않았으나 광학적으로는 항성상이며 스펙트럼이 앞에서 말한 특징을 가진 것도 있다. 적색편이의 원인이 우주팽창(宇宙膨脹)에 의한 것인지 다른 것에 의한 것인지는 분명하지 않다. 우주팽창에 의한다고 하면 준성은 관측되는 가장 먼 천체, 즉 가장 오래 된 천체가 되며, 우주론의 검증에 중요한 뜻을 가진다. 그러나 이 경우 준성이 방출하고 있는 에너지는 보통의 외부은하(外部銀河)의 100배 이상이 되어, 에너지 발생메커니즘을 설명하기 어렵게 된다.


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출처 : http://www.kins.re.kr/RIR/과학이야기/인간과우주/ch13-10.htm

10. 이상한 천체 퀘이사
지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체, 그것이 퀘이사이다. 퀘이사는 매우 멀리 있고, 또 매우 밝기 때문에 초기 우주나 먼 우주의 연구에 매우 중요하다.
퀘이사는 처음에 우리 은하 내의 평범한 별로 간주되었었다. 그러나 퀘이사의 하나인 3C273의 스펙트럼 관측에서, 이 천체가 지구에서 21억 광년 떨어진 먼 거리에 있고, 매초 5만 km라는 믿을 수 없는 속도로 멀어지고 있다는 것이 판명되었다. 이 천체는 항성과 닮았다고 해서 '준항성상천체(퀘이사)'라 불리게 되었다. 퀘이사는 활동은하보다 더욱 대규모적인 폭발현상을 일으키고 있는 은하의 핵이라는 것이 밝혀졌다.
이상한 천체
1963년 2월 5일에 마틴 슈미트는 이상한 천체를 발견하였다. 그는 달이 강한 전파원 3C273을 지나가는 것을 관측하고 있었다. 그 당시 이 천체는 독특한 스펙트럼을 가진 별이라고 생각되고 있었다. 이 천체에는 응당 발견되어야 할 수소선이 발견되지 않는 것이었다. 하지만 그것이 아니었다. 그 수소선이 전혀 엉뚱한 위치에서 발견되었던 것이다. 가시광은 적외선 영역으로 자외선은 가시광영역으로 이동되어 있었다. 이는 보통별과 비교되지 않을 정도의 엄청난 적색이동이 있음을 의미한다. 그 거리는 최소한 15억 광년에 달한다.
의문은 더욱 증대된다. 그렇다면 그 거리에서 이 만한 복사를 방출하려면 그 밝기가 광학영역에서 우리은하의 1000배는 되어야한다. 그런데 또 다른 의문이 생긴다. 그것은 복사주기의 변화가 매우 빨라 몇 주 정도밖에 되지 않았다. 이런 정도의 빠른 주기가 천체 전체에서 일어나려면 천체의 크기는 수광주정도로 매우 작아야 했다.
이미 1960년에 발견되어 푸른 별로 분류되고 있던 3C48에서도 이러한현상이 관측되었다. 이들은 별처럼 보였다. 그래서 준성전파원(Quasar: Quasi-stellar radio source)이라 불렀다. 후에 이러한 천체들이 많이 존재한다는 것이 알려졌다. 이들은 모두 매우 심한 적색이동을 나타내고 있었다. 이들은 모두 전파원(radio source)는 아니므로, 정식 명칭은 준성체 QSOs (Quasi-stellar objects)로 명명되었으나 통상적으로 퀘이사라로 계속 불리고 있다.
퀘이사의 정체는?
그렇다면 이처럼 격렬한 활동을 하고 있는 퀘이사란 무엇인가? 퀘이사의 기이한 성질은 모두 그 천체가 매우 멀리 떨어져 있다는 데에 기인한다. 최근의 관측에 따르면 퀘이사 주위에 은하모습을 가진 구조가 발견되었다. 이것이 모은하인데 강한 전파를 방출하는 경우에는 타원은하, 전파가 약한 퀘이사의 경우에는 나선은하인 것으로 보여진다.
퀘이사의 스펙트럼을 보면 매우 활동적인 핵을 가진 세이퍼트 I형 은하의 것과 유사하다. 실제로 세이퍼트 I형 은하는 진화된 퀘이사로 보인다. 그리고 세이퍼트 II형 은하는 중심의 활동이 조금 더 약한 은하로 진화단계가 조금 뒤인 은하인 것처럼 보인다. 세이퍼트 은하나 퀘이사는 우주에 영원히 존재하는 것이 아니며, 그 진화단계가 서로 다른 동일한 은하인 것처럼 보인다. 따라서 진화단계가 다른 동일한 은하가 퀘이사 → 세이퍼트 I → 세이퍼트 II로 진화해 가는 것으로 생각된다.
그렇다면 퀘이사는 어떻게 그렇게 강한 복사를 방출할 수 있는가? 방법은 오직 하나 중심에 블랙홀이 존재해야 한다는 것이다. 가스나 물질이 블랙홀로 빨려 들어가면서 방출되는 에너지는 아인슈타인의 방정식
E=mc^2 에 따라 물질이 완전히 에너지로 변한되는 효율을 가진다. 물질이 블랙홀에 빨려 들어갈 때 싱크로트론 복사를 방출하는데, 이는 별내부에서 일어나는 핵융합의 1000배에 해당하는 것으로 퀘이사의 엄청난 에너지를 설명할 수 있다. 또 그외의 여러 가지 정황으로 미루어보아도 퀘이사의 중심에는 블랙 홀 존재할 것으로 추측된다. 관측사실로 미루어 중심 블랙홀의 질량은 다양한 범위를 갖는데, 태양의 1억-1조배에 달한다.
따라서 퀘이사는 우주 초기에 갓 만들어진 거대한 블랙홀을 가진 은하의 중심핵인 것으로 생각된다. 우리는 은하가 생성될 당시의 초기 우주를 보고 있는 것이 퀘이사인 것이다.
최근에는 100억광년이상 떨어진 우주 탄생초기 무렵의 퀘이사도 발견되고 있다. 우리는 은하가 막 생성될 당시의 초기의 우주를 보고 있는 것이다. 또 관측 정밀도의 향상으로 퀘이사 주위에서 타원은하와 같은 구조를 한 것도 발견되었다.
퀘이사 3C273
퀘이사 3C273의 지름은 28만 광년, 질량은 안드로메다 은하의 50배 가량으로 추정된다. 더욱 놀라운 것은 막대한 방출에너지이다. 퀘이사 3C273은 우리은하보다 4000배 밝게 빛나는 데 더구나 변광 방식을 연구한 결과, 1000분의 1 광년이라는 매우 좁은 영역에서 이 빛이 방출되고 있는 것으로 알려졌다. 또 이 천체는 우리은하의 100만배이상의 X선을 방출하고 있는데 X선원은 태양계 크기정도밖에 되지 않으며, 100만배의 전파도 복사하고 있다. 계산에 따르면 3C273의 블랙홀 질량은 태양의 1억배가 된다.
우주의 신기루 중력렌즈(gravitational lens)
우주에 대한 우리들의 이미지는 아인슈타인의 일반상대성 이론에 의해 많이 변경되었는데, 그 일반상대성이론에서 중심적 구실을 한 것이 중력이다. 중력은 시공의 휨 그 자체라고 생각한 아인슈타인은 거대한 질량의 천체 주위를 지나는 빛은 마치 렌즈를 통과하여 온 것처럼 휠 것이라고 예상했다. 이것이 중력렌즈 효과로서, 강한 중력장이 빛을 굴절시켜 우주의 신기루를 만들어 내는 현상이다.
매우 멀리 떨어진 천체에서 나온 빛은 지구까지 오는 도중 은하 및 은하단과 같은 거대한 천체들의 중력장의 영향을 받아 굴절된다. 은하와 은하단의 중력이 돋보기처럼 빛을 모은다. 다만 돋보기는 빛을 한 점에 모을 수 있지만, 중력장에 의한 빛의 굴절은 초점이 없으므로 한 곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다.
중력렌즈는 렌즈현상을 일으키는 천체의 질량과 크기에 따라 두 가지로 구분한다. 천체의 질량이 태양의 1백만 배 이상일 경우를 일반적으로 중력렌즈라고 하고, 1백만 배보다 작고 1만 분의 1보다 큰 천체를 마이크로중력렌즈라고 한다.
빛을 내는 천체와 빛을 굴절시키는 천체 및 관측자가 일직선을 이룰 때 생기는 고리 모양의 상을 특별히 아인슈타인링이라고 부른다. 가장 유명한 중력렌즈는 페가수스자리에서 관측된 ‘아인슈타인 십자가’ 혹은 ‘후크라의 렌즈’이다. 약 80억 광년 떨어져 있는 준성 Q2237+0305의 빛이 2억 광년 떨어진 페가수스은하단에 속한 나선은하의 핵부분에 의해 휘어져서 형성된 이 중력렌즈는 은하핵 주변에 4개의 상을 만들고, 마이크로중력렌즈도 포함하고 있다.
중력렌즈 효과의 연구는 우주에서 질량의 대규모 분포에 대한 정보를 얻는 데 기대되는 새로운 방법이다.
중력렌즈의 발견
퀘이사에는 중력렌즈 효과가 나타난다. 이것은 또한 퀘이사가 멀리 있는 천체임을 증명하는 또 다른 증거이다. 최초로 발견된 중력렌즈는 1979년 영국 너필드(Nuffield) 전파천문대의 분석결과 발견되었다. 수년전 전파 관측을 통하여 발견한 5.7″떨어져 있는 한 쌍의 퀘이사 Q0957+561AB가 광학 망원경으로 관측한 결과, 그 스펙트럼이 완전히 동일한 100억광년 밖의 퀘이사의 이중영상이라는 것이 밝혀졌다. 이들은 그 앞쪽에 위치한 밝은 은하에 의해 두 개의 상으로 보이게 된 것이다.
그후 중력렌즈 효과를 보이는 퀘이사들이 많이 발견되었는데, 형상도 여러 가지여서 거대한 호의 모양을 한 '거대아크', 완전한 고리모양을 한 '아인슈타인 링'(예: MG1131+0456) 과 십자가 모양을 한 '아인슈타인 크로스'도 발견되었다.
거대아크 A370
중력렌즈의 더욱 극적인 예가 거대 아크이다. 1987년 1월 미국의 천문학자들이 40억 광년거리에 있는 A370이라는 은하단 속에서 거대한 호상의 천체를 발견하였다. 이 천체의 크기는 우리 은하의 3배인 30만 광년에 달했다. 분석결과 이 은하단의 질량은 태양질량의 약 1500조배나 되었다. 이 거대한 질량 때문에 주위에는 강한 중력장이 형성되며, 이 중력장이 뒤쪽으로 17억 광년 떨어진 거리에 있는 나선은하가 중력렌즈의 영향으로 호상으로 휘어져 보인 것이었다.


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