퀘이사(QSO: Quasi-Stellar Object) 또는 준성체는 매우 밝고 중심부에 초대질량 블랙홀이 있는 원거리 은하입니다. 퀘이사는 그 이름이 "준성(Quasi-stellar)"에서 알 수 있듯이, 별과 비슷한 외관을 가지고 있지만, 실제로는 매우 다른 성질을 가진 천체입니다.
퀘이사의 가장 주목할 만한 특징 중 하나는 그들의 극도로 밝은 광도입니다. 이들은 종종 우리 은하보다 수천 배나 더 밝게 빛납니다. 이렇게 밝게 빛나는 이유는 퀘이사의 중심에 위치한 초대질량 블랙홀 때문인데, 이 블랙홀 주변의 물질이 아크릴션 원판을 형성하면서 엄청난 양의 에너지를 방출하기 때문입니다.
또 다른 특징은 그들이 우리로부터 매우 멀리 떨어져 있다는 것입니다. 대부분의 퀘이사가 우리로부터 수십억 광년 거리에 위치해 있습니다. 따라서 우리가 오늘날 관찰하는 퀘이사의 모습은 실제로는 그들이 아주 오래 전 모습인 것입니다. 즉, 우리가 보고 있는 것은 곧 우주 초기 상태일 수 있습니다.
통상적으로 줄기어 'QSO'와 'quasar' (quasi-stellar radio source)라고 부르기도 하는데, 이것은 초기에 발견된 몇몇 키워소가 강력한 전파 복사를 방출했기 때문입니다. 하지만 오늘날에는 모든 줄기어와 quasar를 동일하게 사용합니다.
퀘이사는 천문학에서 매우 중요한 연구 대상입니다. 그 이유는 퀘이사가 우리에게 우주의 초기 상태와 블랙홀, 그리고 은하의 형성과 진화에 대한 중요한 단서를 제공하기 때문입니다.
퀘이사의 밝은 광도 덕분에, 이들은 우리로부터 수십억 광년 거리에 있음에도 불구하고 관찰할 수 있습니다. 이것은 퀘이사를 활용하여 우주의 대규모 구조를 연구하는데 사용됩니다. 예를 들어, 퀘이사를 배경으로 하여 그 앞을 지나가는 은하나 은하단을 관찰함으로써, 그 은하나 익화단의 질량 분포와 같은 세부 정보를 얻을 수 있습니다.
또한 퀘이사는 초대질량 블랙홀이 어떻게 작동하는지 이해하는데 도움이 됩니다. 아크릴션 원판에서 방출되는 에너지가 어떻게 발생하는지, 왜 일부 물질이 방출되면서 강력한 제트(jet)을 형성하는지 등의 문제는 여전히 활발히 연구되고 있는 주제입니다.
키워소는 우주 초기 상태에 대한 중요한 정보도 제공합니다. 키워소가 위치해 있는 거리(즉, 우주에서 시간적으로 얼마나 멀리 있는지)를 측정함으로써, 천문학자들은 우주의 확장 속도와 그 변화률 등을 추정할 수 있습니다. 이러한 정보들은 '우주론'이라고 하는 학문 분야에서 매우 중요합니다.
퀘이사의 또 다른 흥미로운 측면은 그들이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 관찰하는 것입니다. 이러한 변화를 '변광성'이라고 하며, 퀘이사의 광도가 몇 주에서 몇 년에 걸쳐서 크게 변화할 수 있습니다. 이러한 변화는 아크릴션 원판 내부의 물질 흐름이나 블랙홀 주변 환경의 변화 등으로 인해 발생할 수 있습니다.
또한 일부 키워소는 강력한 제트를 방출합니다. 이 제트는 초대질량 블랙홀 주변에서 고속으로 회전하며 에너지를 얻은 입자들이 형성하는 것으로, 보통은 아크릴션 원판의 평면과 직교하는 방향으로 방출됩니다. 이러한 제트는 천문학자들이 키워소와 그 주변 환경을 연구하는데 중요한 역할을 합니다.
키워소가 우리로부터 얼마나 멀리 있는지를 측정하기 위해 '적색편이'라는 현상을 활용합니다. 적색편이란 우주가 확장함에 따라 발생하는 현상으로, 별과 같은 천체에서 나오는 빛의 파장이 길어져서 '적어진다'는 의미입니다. 즉, 파장이 길어질수록 (따라서 색깔이 붉어질수록) 그 천체가 우리로부터 멀리 있다는 것을 의미합니다.
천문학자들은 이런 방식으로 키워소의 거리를 추정하고, 그 결과로 우주의 크기와 나이, 그리고 확장 속도 등을 계산할 수 있습니다. 따라서 키워소 연구는 용암론적인 문제 해결에도 중요한 역할을 합니다.
퀘이사는 또한 천문학자들이 '은하 핵 활동'이라고 부르는 현상을 연구하는데 중요한 도구입니다. 은하 핵 활동은 은하의 중심에 위치한 블랙홀 주변에서 발생하는 다양한 현상을 가리키며, 이러한 현상들은 키워소뿐만 아니라 세이퍼트 은하, 블레이저 객체 등 다른 천체에서도 관찰됩니다.
키워소의 경우, 그것들의 밝음과 원거리 위치로 인해 우리가 이런 현상을 상세하게 관찰할 수 있는 몇 안 되는 기회를 제공합니다. 예를 들어, 아크릴션 원판에서 방출되는 에너지와 그 과정에서 일어나는 물리적인 변화를 연구함으로써, 우리는 블랙홀 주변에서 어떤 일이 벌어지고 있는지 이해할 수 있습니다.
키워소 연구는 우주 초기에 대한 우리의 이해를 깊게 하는데 도움을 줍니다. 키워소가 매우 멀리 있기 때문에, 그것들의 광을 관찰함으로써 우리는 실질적으로 과거로 '시간 여행'하는 것과 같습니다. 따라서 키워소를 관찰함으로써 천문학자들은 우주가 어떻게 생겨나고 진화해 왔는지에 대해 알아낼 수 있습니다.
키워소와 같은 천체들은 그 자체로서도 흥미롭지만, 그것들이 제공하는 정보를 활용하여 천문학과 용암론 등 여러 분야에서 중요한 질문에 답할 수 있기 때문에 연구의 가치가 있습니다.
퀘이사의 연구는 또한 천체 물리학의 여러 이론을 검증하는데 사용됩니다. 예를 들어, 일반 상대성 이론은 중력장이 강한 곳에서 빛의 경로가 어떻게 굽혀지는지를 예측합니다. 키워소 주변의 강한 중력장은 이러한 예측을 검증하는 데 이상적인 장소입니다.
그 외에도, 키워소에서 방출되는 제트의 형성과 진행 과정은 입자 물리학과 상대론적 역학 등 여러 분야에서 중요한 문제입니다. 제트가 어떻게 형성되고, 어떻게 그렇게 빠른 속도로 움직일 수 있는지에 대한 정확한 설명은 아직 완전히 알려져 있지 않습니다.
더 나아가서, 키워소 연구는 우리가 살아 있는 우주와 그 기원에 대해 궁극적으로 이해하는 것을 도울 수 있습니다. 우주 초기에 생긴 첫 번째 별들과 은하들이 어떤 모습이었는지, 그리고 그것들이 오늘날 우리가 보는 별과 은하로 어떻게 변화해왔는지를 알아내기 위해서입니다.
퀘이사의 연구는 천문학의 많은 분야와 밀접하게 연결되어 있습니다. 키워소가 방출하는 다양한 형태의 복사에너지, 즉 전파, 가시광선, 자외선, X-선 등을 이용하여 다양한 정보를 얻을 수 있습니다. 이런 방식으로 천문학자들은 키워소의 물리적 성질과 그 주변 환경에 대해 더욱 깊이 이해하게 됩니다.
예를 들어, X-선 관측은 아크릴션 원판 주변에서 일어나는 고온 과정에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 가시광선과 자외선 관측은 아크릴션 원판과 제트에서 나오는 방출 스펙트럼을 분석함으로써 그 구조와 조성에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
전파 관측은 키워소에서 방출되는 강력한 제트와 그것이 주변 중간물질과 상호작용하는 과정을 연구하는데 사용됩니다. 이러한 상호작용은 종종 '라디오 로브'라고 부르는 거대한 전파 복사 영역을 형성하며, 이 영역의 모양과 크기를 분석함으로써 제트가 어떻게 진행되고 있는지 알아낼 수 있습니다.
따라서 키워소 연구는 우리가 천체 물리학의 여러 측면, 예를 들어 물질이 극도로 높은 에너지 상태에서 어떻게 동작하는지 등에 대해 배울 수 있는 기회를 제공합니다.