방황하는 블랙홀의 기원과 특징

모든 거대한 은하는 그 중심에 초대질량 블랙홀(SMBH)을 가지고 있는 것으로 알려졌다. 그 질량은 호스트 내부 영역의 질량과 상관관계가 있다. 아마도 SMBH가 다른 은하와의 병합 및 은하계 매질로부터의 물질 유입을 통해 은하 자체가 성장함에 따라 진화하기 때문일 것이다.

물질이 은하 중심으로 이동하여 SMBH에 축적되면 활성 은하핵(AGN)이 생성된다. AGN의 유출 또는 기타 피드백은 은하계에서 별 형성을 억제하기 위해 파괴적으로 작용한다. 현대의 우주론적 시뮬레이션은 이제 초기 우주부터 현재까지 은하의 별 형성과 SMBH 성장을 일관되게 추적하여 이러한 아이디어를 확인했다.

합병 과정에서 단일 결합 SMBH로 가는 경로는 복잡하다. 때로는 바이너리 SMBH가 먼저 형성된 다음 점차 하나로 병합된다. 이 과정에서 감지 가능한 중력파 방출이 생성될 수 있다. 그러나 합병이 때때로 지연되거나 중단될 수 있다. SMBH 진화의 핵심 퍼즐 중 하나인 이유를 이해하는 것이다. ROMULUS 코드를 사용한 새로운 우주론적 시뮬레이션은 수십억 년의 진화 후에도 일부 SMBH가 핵에 합류하지 않고 결국 은하계를 방황하게 될 것이라고 예측한다.

CfA의 천문학자 Angelo Ricarte는 이러한 방황하는 블랙홀을 특징짓는 연구 팀을 이끌었다. ROMULUS 시뮬레이션은 빅뱅 이후 약 137억년 우주에서 블랙홀 질량의 약 10%가 이같은 방황하는 블랙홀에 해당할 수 있음을 발견했다. 우주 초기인 빅뱅 이후 20억 년 또는 그 이전에 이들은 훨씬 더 중요한 것으로 보이며 대부분의 질량을 블랙홀에 포함하고 있다. 실제로 과학자들은 이 초기에 길 잃은 블랙홀들이 SMBH 개체군에서 나오는 대부분의 물질도 생산한다는 사실을 발견했다. 관련 논문에서 천문학자들은 방황하는 SMBH 개체군의 관측 특징을 탐구한다.

이번 연구는 영국 왕립천문학회 월간공지(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 게재됐다.