블랙홀 제트 방출의 비밀을 풀다

블랙홀의 첫 이미지를 촬영한 획기적인 사건 지평선 망원경(EHT)이 이제 블랙홀이 어떻게 강력한 제트를 우주로 방출하는지 밝혀낼 준비를 하고 있습니다. 스웨덴 찰머스 공과대학교의 안네-카트린 바츠코가 이끄는 연구팀은 EHT가 NGC 1052 은하의 초대질량 블랙홀과 그 제트의 흥미로운 이미지를 포착할 수 있음을 보여주었습니다. 상호 연결된 전파 망원경으로 수행된 이 측정은 블랙홀 가장자리 근처의 강력한 자기장을 확인시켜 줍니다.

 

 

초대질량 블랙홀의 제트 방출 메커니즘 연구

이 프로젝트 과학자들의 주요 연구 질문은 초대질량 블랙홀이 어떻게 거의 빛의 속도로 은하 크기의 고에너지 입자 흐름, 즉 제트를 우주로 방출하는가 하는 것입니다. 이제 과학자들은 지구에서 6천만 광년 떨어진 NGC 1052 은하 중심에 대한 정교한 측정을 통해 이 질문에 답할 수 있는 중요한 단계에 도달했습니다.

 

 

전파 망원경을 활용한 새로운 통찰력

과학자들은 여러 전파 망원경을 사용하여 조율된 측정을 수행하여 은하와 그 초대질량 블랙홀의 작동 방식에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 이 연구 결과는 2024년 12월 17일 과학 저널 "천문학 및 천체 물리학(Astronomy & Astrophysics)"에 발표된 논문에 보고되었습니다. 이 연구는 찰머스 공과대학교 온살라 우주 관측소의 천문학자인 안네-카트린 바츠코가 주도했습니다.

 

NGC 1052 은하 중심 관측의 어려움

안네-카트린 바츠코는 "이 은하, NGC 1052의 중심은 사건 지평선 망원경으로 이미지를 촬영하기에 유망한 표적이지만, 지금까지 시도한 다른 모든 천체보다 희미하고 복잡하며 더 어렵습니다."라고 말합니다. 즉, NGC 1052 은하의 중심부는 관측하기에 여러 가지 어려움이 있다는 것을 의미합니다.

 

 

블랙홀과 제트의 기원 연구

이 은하는 지구에서 보았을 때 블랙홀의 동쪽과 서쪽에서 뻗어 나오는 두 개의 강력한 제트의 근원인 초대질량 블랙홀을 가지고 있습니다. 연구팀의 일원이자 독일 본의 막스 플랑크 전파 천문학 연구소의 천문학자인 에두아르도 로스는 "우리는 블랙홀 자체뿐만 아니라 지구에서 보았을 때 블랙홀의 동쪽과 서쪽에서 뻗어 나오는 제트의 기원도 조사하고 싶습니다."라고 말합니다. 즉, 블랙홀 자체의 특성뿐만 아니라 블랙홀에서 방출되는 제트의 생성 원리와 방출 메커니즘을 밝히는 것이 이 연구의 중요한 목표임을 알 수 있습니다. 이번 연구는 EHT를 활용하여 블랙홀과 제트의 관계를 심층적으로 연구할 수 있는 가능성을 보여주며, 향후 블랙홀 연구에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.

 

 

EHT 관측 가능성 확인 및 추가 관측 데이터

연구팀은 미래 관측 가능성을 최대한으로 추정할 수 있는 구성으로 칠레의 ALMA(아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체)를 포함하여 EHT의 글로벌 네트워크에 있는 단 5개의 망원경만을 사용하여 측정을 수행했으며, 다른 망원경의 측정으로 보완했습니다. 이러한 제한적인 조건에도 불구하고 의미 있는 데이터를 얻을 수 있었습니다.

 

 

희미한 천체 관측의 성공

안네-카트린 바츠코는 "그렇게 희미하고 알려지지 않은 표적에 대해 데이터를 전혀 얻을 수 있을지 확신하지 못했습니다. 하지만 특히 ALMA의 감도와 다른 많은 망원경의 보완 데이터 덕분에 전략이 효과를 발휘했습니다."라고 말합니다. 즉, ALMA를 비롯한 여러 전파 망원경의 협력을 통해 희미한 천체인 NGC 1052 은하 중심부의 관측이 가능했음을 강조합니다.

 

향후 영상 촬영 가능성 및 중요한 정보

과학자들은 이제 두 가지 새로운 핵심 정보 덕분에 향후 성공적인 영상 촬영이 가능할 것이라고 확신합니다. 첫째, 블랙홀 주변은 EHT로 측정할 수 있다고 확신할 수 있는 적절한 주파수의 전파에서 밝게 빛납니다. 둘째, 제트가 형성되는 영역의 크기는 M 87*의 고리 크기와 유사하며, EHT가 최대 성능으로 이미지를 촬영할 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 이러한 정보들은 향후 EHT 관측을 통해 NGC 1052 은하 중심의 블랙홀과 제트를 선명하게 포착할 수 있다는 가능성을 높여줍니다.

 

 

블랙홀 주변의 강력한 자기장 측정

측정을 통해 과학자들은 블랙홀의 사건 지평선 근처의 자기장 세기도 추정했습니다. 2.6테슬라의 자기장 세기는 지구 자기장보다 약 4만 배 더 강합니다. 이는 이 은하에 대한 이전 추정치와 일치합니다. 이러한 강력한 자기장은 블랙홀 주변 환경에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

 

 

자기장이 제트 방출에 미치는 영향

마티아스 카들러는 "이것은 매우 강력한 자기장이기 때문에 물질이 블랙홀로 떨어지는 것을 막을 수 있다고 생각합니다. 이는 결과적으로 은하의 두 제트를 방출하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 말합니다. 즉, 강력한 자기장이 물질의 유입을 막아 제트 방출을 촉진하는 역할을 할 수 있다는 가설을 제시합니다.

 

 

미래의 밝은 전망

이러한 어려운 관측 대상임에도 불구하고 전파 천문학자들이 NRAO의 ngVLA(차세대 초거대 배열) 및 ngEHT(차세대 사건 지평선 망원경)와 같은 차세대 망원경 네트워크를 준비하고 있기 때문에 미래는 밝아 보입니다. 향후 더욱 발전된 관측 장비를 통해 블랙홀과 제트의 비밀을 더욱 명확하게 밝혀낼 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

 

다양한 파장에서의 은하 중심부 밝기 관측

독일 뷔르츠부르크 대학교의 천문학자인 마티아스 카들러는 "우리의 측정은 은하의 가장 안쪽 중심부가 다양한 파장에서 어떻게 빛나는지에 대한 더 명확한 아이디어를 제공합니다. 스펙트럼은 오늘날 우리가 가장 선명한 이미지를 만들 수 있는 약 1밀리미터 파장에서 밝습니다. 약간 더 긴 파장에서는 훨씬 더 밝기 때문에 차세대 전파 망원경의 주요 표적이 됩니다."라고 말합니다. 즉, 다양한 파장대의 관측을 통해 NGC 1052 은하 중심부의 특성을 더욱 자세하게 파악할 수 있었으며, 특히 차세대 전파 망원경을 활용할 경우 더욱 정밀한 관측이 가능할 것으로 기대됩니다.

 

연구 논문 및 연구진 정보

안네-카트린 바츠코(스웨덴 찰머스 공과대학교)와 286명의 공동 저자가 작성한 연구 논문 "NGC 1052의 추정 중심(The putative center in NGC 1052)"은 저널 "천문학 및 천체 물리학(Astronomy & Astrophysics)"에 게재되었습니다. 연구팀에는 찰머스 과학자인 존 콘웨이와 미카엘 린드크비스트(둘 다 온살라 우주 관측소), 그리고 키아라 체코벨로(현재 AI 스웨덴 소속)도 포함되어 있습니다.

 

 

관측에 사용된 망원경 네트워크

측정은 EHT 네트워크의 5개 망원경, 즉 칠레의 ALMA(아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체), 스페인의 IRAM 30미터 망원경, 하와이의 제임스 클러크 맥스웰 망원경(JCMT)과 서브밀리미터 배열(SMA), 그리고 남극의 남극 망원경(SPT)에서 수행되었습니다. 이들은 스페인, 핀란드, 독일의 GMVA 네트워크(글로벌 밀리미터 VLBI 배열)의 다른 14개 전파 망원경의 측정으로 보완되었으며, 여기에는 스웨덴 온살라 우주 관측소의 20미터 망원경과 미국 VLBA(초장기선 배열)의 망원경이 포함됩니다. 이렇게 전 세계의 여러 망원경을 연계하여 관측함으로써 더욱 정확하고 포괄적인 데이터를 얻을 수 있었습니다.

 

 

EHT 협력단의 규모 및 목표

EHT 협력단에는 아프리카, 아시아, 유럽, 북미 및 남미의 400명 이상의 연구원이 참여하고 있습니다. 이 국제 협력단은 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 지금까지 얻은 것 중 가장 자세한 블랙홀 이미지를 포착하는 것을 목표로 합니다. 전 세계의 연구자들이 협력하여 거대한 가상 망원경을 구축하고, 이를 통해 우주의 비밀을 밝혀내려는 노력을 기울이고 있습니다.