제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 최초의 별들이 수소를 이온화하며 열심히 활동하던 우주의 초기 시절을 들여다보도록 설계되었습니다. 그런데 실제로 발견한 것은 '작은 빨간 점' 무리였고, 학계의 논쟁 끝에 이들은 초기 초거대 블랙홀로 밝혀졌습니다. 이제 중력 렌즈 효과 덕분에 그중 하나인 Abell 2744−QSO1이 사실상 은하라고 할 만한 것이 거의 없는 블랙홀이라는 사실이 드러났습니다.

QSO1은 전경 은하단의 중력 렌즈 효과 덕분에 세 개의 이미지로 나타나며, 우리는 이 모습을 빅뱅 이후 7억 년밖에 안 된 시점에서 보고 있습니다. 이전 연구들은 세 이미지가 세부적으로 다르다는 점을 지적했는데, 이는 블랙홀이 시간에 따라 다른 양의 물질을 먹으면서 방출량이 변하기 때문입니다. 그 광도는 블랙홀 질량이 태양의 1000만 배를 넘는다는 것을 암시했고, 지난달 스펙트럼 분석은 대부분 수소로 구성되어 있음을 보여주었습니다. 즉, 주변에 형성된 별이 거의 없다는 뜻입니다.

큰 의문은 현대 우주에서 보정된 블랙홀 질량-광도 관계가 이 고대 천체에도 적용되는지 여부였습니다. 대규모 국제 팀은 렌즈 확대 효과를 이용해 QSO1 환경의 상세한 그림을 구축하고, 적색 편이와 청색 편이된 수소를 통해 빛 방출과 가스 속도를 측정했습니다. 그들의 모델은 일관되게 우리 은하와 같은 별 무리보다는 회전하는 물질을 가진 거대한 점 광원을 지지했습니다. 블랙홀 질량은 약 5000만 태양 질량으로 추정되어 이전 추정치와 일치했으며, 이는 광도-질량 관계가 130억 년 동안 변하지 않았음을 시사합니다.

별에 관해서는 거의 없었습니다. 별 질량 상한선은 2000만 태양 질량으로, 블랙홀 질량의 절반에도 미치지 못합니다. QSO1 질량의 3분의 2 이상이 블랙홀에 있으며, 이는 팀에 따르면 '지금까지 발견된 가장 '알몸'에 가까운 거대 블랙홀'입니다. 논문은 이 블랙홀이 어떻게 그렇게 빨리 커졌는지에 대해 고민합니다. 세 가지 이론이 있습니다: 빅뱅에서 비롯된 원시 블랙홀, 별 형성을 건너뛰는 가스 구름의 직접 붕괴, 또는 밀집된 별 무리에서 블랙홀의 폭주 병합입니다. 별이 부족하다는 점은 세 번째 이론을 배제합니다. 나머지 두 가지는 순전히 이론적이며, 직접 붕괴는 관측된 것보다 더 많은 자외선 복사와 질량을 필요로 하므로, 병합을 통해 7억 년 동안 10배 성장한 원시 블랙홀 쪽에 무게가 실릴 수 있습니다.

이 모든 것은 더 많은 알몸의 초거대 블랙홀을 찾을 때까지 미결로 남을 흥미로운 논의를 만들어 냅니다. 물론 그럴 거예요.