James Webb 우주망원경이 관측한 작은 붉은 점 가운데 특히 붉은 두 천체가, 중심에 블랙홀을 품은 거대한 수소 천체인 블랙홀 별 일 수 있다는 가설이 나옴
두 천체는 은하에 필적하는 밝기를 내면서도 약 5,000K의 항성 표면 을 닮은 스펙트럼을 보이며, 일반적인 별로 보기에는 너무 밝고 통상적인 블랙홀과도 다른 특징을 지님
블랙홀 별 가설은 수소 외피 가 내부 빛을 걸러내므로 붉은 스펙트럼과 약한 X선, 작은 밝기 변동을 함께 설명할 수 있다고 봄
반대 진영은 일반적인 초대질량 블랙홀 주변의 가스와 먼지, 관측 각도 만으로도 관측 결과를 설명할 수 있다고 보며, 현재 자료만으로 어느 가설이 맞는지 확정하기 어려움
거대 가스 구름에서 블랙홀이 직접 형성되는 준성(quasi-star) 모형과 시대별 천체 분포가 블랙홀 별 가설을 뒷받침하고 있으나, 작은 붉은 점에 서로 다른 종류의 천체가 섞여 있을 가능성도 남아 있음
은하처럼 밝지만 한 픽셀에 불과한 천체
James Webb 우주망원경 은 빅뱅 이후 첫 10억 년 동안 수소와 헬륨이 모여 은하를 형성하던 시대의 희미한 빛을 관측하도록 만들어졌으며, 첫 영상 부터 정체를 알기 어려운 여러 광원을 포착함
특히 작은 붉은 점 은 긴 파장의 붉은빛을 내고 은하 전체만큼 밝지만, 영상에서는 한 픽셀에 불과함
Webb이 촬영하는 거의 모든 영상에 몇 개씩 나타나며, 연구자들은 2023년부터 작은 붉은 점(little red dots) 이라는 이름을 사용함
처음에는 밝기를 근거로 아주 먼 은하라고 해석했으나, 그 정도 밝기에 필요한 거대 은하가 수억 년 만에 성장할 알려진 방법이 없었음
표준 우주 진화 시간표를 뒤흔드는 듯해 ‘우주 파괴자’라는 별명까지 붙음
정밀 스펙트럼이 블랙홀을 가리킨 이유
Anna de Graaff 가 이끈 Rubies 와 Rohan Naidu 가 공동으로 이끈 MOM 등 관측 조사에서, Webb을 먼 천체에 수 시간씩 향하게 해 파장별 밝기를 측정함
Rubies의 정식 명칭은 Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey, MOM은 Mirage or Miracle임
원자마다 방출하는 빛의 파장이 달라, 스펙트럼은 천체를 구성하는 입자의 상태와 운동을 파악하는 단서가 됨
가장 중요한 발견은 수소의 빛이 여러 파장으로 퍼진 넓은 방출선 이었음
일반적으로 블랙홀 주변을 빠르게 도는 수소 구름은 속도에 따라 조금씩 다른 파장의 빛을 내며, 이 빛이 합쳐져 넓은 선을 만듦
선의 폭이 넓을수록 가장 빠른 구름의 속도가 크고, 이를 바탕으로 추정하는 블랙홀 질량도 커짐
이에 따라 많은 천문학자는 작은 붉은 점을 주변 별빛을 압도하는 초대질량 블랙홀 로 해석함
블랙홀 자체는 어둡지만, 주변 물질을 끌어당기며 뜨겁게 가열한 가스가 강한 빛을 냄
붉은색은 먼지가 푸른빛을 가리기 때문이라고 봄
다만 대부분의 작은 붉은 점에서는 일반적인 초대질량 블랙홀의 밝기 변동과 강한 X선 이 나타나지 않았음
초기 우주의 혼란스러운 환경에서 생기는 특이성으로 받아들일 여지가 있었고, 블랙홀 해석은 적어도 기존 우주론을 뒤흔들지는 않았음
유난히 붉은 두 천체와 블랙홀 별 가설
2025년 봄 de Graaff와 Naidu의 두 연구팀은 기존 관측 천체와도 다른, 유난히 붉은 작은 점 두 개 를 공개함
푸른 쪽 파장의 빛이 거의 없고, 특정 붉은 파장에서 밝기가 급격하게 증가하는 발머 불연속(Balmer break) 이 나타남
발머 불연속은 특정 종류의 별이나 은하처럼 뜨거운 수소 가스 를 관측할 때 볼 수 있는 특징임
별 내부의 핵융합이 만든 빛은 표면으로 천천히 이동하며, 표면 근처 수소는 푸른빛을 막고 더 붉은빛을 통과시킬 수 있음
붉은 영역의 봉우리 모양 스펙트럼으로 표면 온도를 파악할 수 있음
두 천체는 평범한 별로 보기에는 너무 밝고, 일반적인 블랙홀의 스펙트럼 과도 맞지 않았음
블랙홀 주변에는 온도가 서로 다른 고리 모양 구조들이 있어, 대체로 발머 불연속이나 약 5,000K의 균일한 항성 표면을 닮은 매끄러운 봉우리 모양을 만들지 않음
두 연구팀은 블랙홀의 강력한 에너지원과 별의 외관을 결합한 블랙홀 별 을 제안함
태양 자리에 놓으면 명왕성 궤도 반경의 약 12배까지 뻗는 거대한 수소 덩어리임
바깥층은 불안정하게 끓으며 질량을 폭발적으로 방출하고, 일부 물질은 다시 떨어져 들어올 수 있음
수소 외피와 전자 산란이 관측을 설명하는 방식
블랙홀 별 가설에 따르면 중심 블랙홀이 주변 가스를 끌어당기고 가열해 별의 동력원 역할을 함
밖으로 전달되는 빛과 에너지가 수소 외층의 붕괴를 막으며, 이는 태양에서 핵융합 중심부가 하는 역할과 유사함
표면 부근 수소가 푸른빛을 차단하면, 블랙홀에 필적하는 밝기와 약 5,000K 항성의 발머 불연속 및 붉은 봉우리 모양 스펙트럼을 함께 만들 수 있음
가스 외피는 X선을 차단하고 밝기도 크게 흔들리지 않아, 다른 작은 붉은 점의 두 가지 수수께끼까지 설명할 수 있음
Vadim Rusakov 등이 속한 별도 연구팀은 전자 산란 이 넓은 수소 방출선의 상당 부분을 만들 수 있다고 봄
정밀하게 관측된 여러 작은 붉은 점의 방출선은, 블랙홀 주변을 빠르게 도는 가스에서 예상하는 것보다 봉우리 양쪽의 경사가 완만했음
전자와 충돌한 빛이 산란하면서 파장 분포가 넓어질 수 있으며, 반드시 빠른 가스 회전만으로 선폭을 설명할 필요는 없음
데이터에서 전자 산란 효과를 수치적으로 제거하자 선폭이 줄고, 특정 상태의 천천히 움직이는 수소 외피 를 통과한 빛에 더 가까워짐
de Graaff, Naidu, Rusakov의 세 연구팀은 2025년 3월 20일 에 결과를 공개했으며, 일부 연구자는 이날을 ‘블랙홀 별의 날’이라고 부름
이 가설에서 블랙홀 별은 초대질량 블랙홀의 성장 단계 일 수 있음
수소 외피 중심에 블랙홀이 생기고 그 주변에 평범한 별들로 이루어진 어린 은하가 형성됨
이후 블랙홀이 수소를 먹으며 질량을 키우고 외피를 제거해, 내부 블랙홀이 드러날 수 있음
일반적인 블랙홀로도 설명할 수 있다는 반론
블랙홀 별 지지자들은 오컴의 면도날 을 근거로 여러 관측을 가장 단순하게 설명하는 가설이라고 보지만, 기존 블랙홀 해석을 지지하는 쪽도 같은 원칙을 내세움
Roberto Maiolino 는 새 관측 자료 자체는 설득력 있지만, 새로운 종류의 천체가 꼭 필요한 것은 아니다 라고 봄
초기 우주의 블랙홀은 먹이 공급이 더 일정해 밝기 변동이 작았을 수 있음
일반적인 은하 중심 블랙홀 주위의 두꺼운 가스와 먼지 도넛도 X선 대부분을 차단할 수 있음
극단적인 붉은색에 많은 가스가 필요하다는 점에는 동의하지만, 그 가스는 별처럼 완전히 감싼 외피가 아니라 도넛이나 일부 시야를 덮는 부푼 구름일 수 있음
전자 산란은 일반적인 초대질량 블랙홀의 수소 방출선도 넓힐 수 있음
Maiolino와 Piero Madau는 관측 각도 가 붉은색을 좌우할 수 있다고 2026년 봄 연구 에서 제안함
옆에서 보면 가스 도넛이 중심을 가려 가장 붉게 보이고, 위에서 보면 같은 종류의 블랙홀이 Webb이 관측한 ‘작은 푸른 점’처럼 보일 수 있음
이 해석은 여러 색의 작은 점을 일반적인 블랙홀 하나의 틀로 설명함
Mauro Giavalisco 는 현재 Webb 관측에 두 가설 모두 부합할 수 있다 고 봄
판별하려면 블랙홀 별이 어떻게 형성되고 정확히 어떤 관측 특성을 보일지 더 구체적인 모형이 필요함
2006년 준성 이론의 재등장
Mitchell Begelman 은 작은 붉은 점 관련 논문을 검토하면서, 과거 제안했던 준성(quasi-star) 과의 유사성을 발견함
Begelman, Marta Volonteri, Martin Rees는 불가능할 정도로 무거워 보이는 블랙홀을 설명하기 위해 2006년 준성 이론 을 제안했음
거대한 가스 구름의 중심부가 직접 붕괴해 블랙홀이 되고, 나머지 가스가 이를 둘러싸는 과정으로 블랙홀 별을 만들 수 있음
Begelman과 Jason Dexter는 2025년 준성 모형을 작은 붉은 점에 적용 함
이 모형에 따르면 준성은 수백만 년 안에 형성된 뒤 작은 붉은 점처럼 보이는 안정된 단계에 들어갈 수 있음
이 단계는 수천만 년 지속돼 Webb이 관측할 만큼 오래 남을 수 있음
Giavalisco의 연구팀은 2026년 준성 모형을 더 구체화했고, 두 극단적으로 붉은 천체의 스펙트럼을 초기 모형보다 더 잘 재현 함
수소 외피가 물질을 삼키는 블랙홀의 직접적인 흔적을 가리는 것은, 태양 표면이 내부의 격렬한 핵융합을 가리는 것과 유사함
Giavalisco는 준성이 그럴듯한 설명이라고 보면서도 다른 가능성을 열어두고 있음
시대별 분포와 내부 블랙홀 질량으로 검증하기
작은 붉은 점이 초기 우주에서 형성된 블랙홀 별 이라면, 시간이 지나 외피를 벗을수록 그 수가 줄어야 함
Kocevski 연구팀은 2026년 8월 붉은 점과 푸른 점을 시대별로 조사해 이 예상과 맞는 분포 를 찾음
우주 나이가 20억~30억 년 에 가까워질 무렵 작은 붉은 점이 사라지는 듯한 양상을 보임
많은 초대질량 블랙홀이 블랙홀 별 단계를 거칠 수 있다는 예비 증거지만, 확정적인 판별 결과는 아님
Naidu, de Graaff, Eilers 등의 연구팀은 2026년 9월 8일 공개한 분석 에서 블랙홀 별 내부의 블랙홀 씨앗 질량 을 추정하는 여러 기법을 시험함
숨겨진 블랙홀은 일반적으로 노출된 블랙홀보다 질량이 훨씬 작아 보였음
연구팀은 태양 질량의 최대 100만 배 에 이르는 초대질량 블랙홀 별이 우주 최초의 거대 블랙홀을 성장시키는 모습을 Webb이 관측하고 있다고 제안함
Kocevski는 두 해석이 모두 일부 맞을 가능성 을 열어둠
일부 작은 붉은 점은 블랙홀 별에 가까운 천체이고, 다른 일부는 일반적인 블랙홀일 수 있음
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