퀘이사 수명 측정(Quasar lifetime measurements)

본 글은 퀘이사의 수명을 측정하는 방법에 대해서 다루는 글이다

퀘이사가 활동 상태로 존재하는 비율(Quasar duty cycles)

이는 전체 은하 집단 중 퀘이사로 관측 가능한 상태에 있는 시간 또는 확률로 다음과 같이 표현한다:

\[\text{Duty Cycle} = \frac{t_{\text{on}}}{t_{\text{total}}}\]

• \(t_{\text{on}}\): 퀘이사가 활발히 활동 중인 시간 즉, 밝게 보이는 상태
• \(t_{\text{total}}\): 전체 우주 시간 또는 퀘이사를 포함하는 은하(Host galaxy)의 수명
• 값이 작다: 대부분의 시간 동안 퀘이사는 비활성 상태에 있음을 의미한다. 즉, 짧은 수명을 의미한다.
• 값이 크다: 퀘이사 자주 또는 오래 활성 상태로 존재한다. 즉, 긴 수명을 의미한다.

\(t_Q\) 측정하기

\(t_Q\)는 자외선에서 퀘이사가 활동 시작 이후 경과 시간을 의미한다. \(t_Q\)를 측정할 수 있는 방법은 다음과 같다.

• 퀘이사 근접 영역의 크기 분석: 퀘이사 근접 영역의 물리적 크기 \(R_p\)는 퀘이사의 이온화 복사가 얼마나 오랫동안 주변 은하간 매질(IGM)을 이온화 했는지 반영한다. \(R_p\)와 복사 세기, IGM 조건을 모델링하여 \(t_Q\)를 추정할 수 있다:

\[t_Q \sim \frac{R_p}{c_{\text{eff}}}\]

• \(c_{\text{eff}}\): 이온화 전파 속도로, 순수 광속보다 느릴 수 있다. (재결합, 밀도 효과 포함).