초대질량 블랙홀의 새로운 비밀

미시간 대학교 연구팀은 나사의 찬드라 X선 관측소에서 20년 이상 축적된 데이터를 분석하여, 초대질량 블랙홀 주변의 새로운 과학적 발견을 이끌어냈다.

특히, 이 연구는 켄타우루스 A 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀에서 우주 공간으로 분출되는 고에너지 입자 제트를 집중적으로 조사했다.

제트는 전파와 X선을 감지하는 망원경을 포함한 다양한 종류의 망원경으로 관측할 수 있다.

1999년 찬드라의 발사 이후, 많은 천문학자들은 제트에서 예상치 못한 밝은 X선 신호에 특히 관심을 가졌다.

그러나 X선 관측은 기존의 전파 관측과 본질적으로 동일한 특징을 포착하는 것으로 보였으며, 이는 가장 흥미로운 결과는 아니었다.

 

제트는 거대한 우주 구조물로, 일부는 숙주 은하보다 크며, 여전히 많은 미스터리를 품고 있다.

만약 제트가 다른 관측 도구에 동일하게 보인다면, 이는 천체 물리학적 퍼즐을 풀기 위해 노력하는 연구자들에게 도움이 되지 않는다.

"제트에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 이해하는 열쇠는 다른 파장 대역이 환경의 다른 부분을 어떻게 추적하는지를 이해하는 데 있을 수 있습니다."라고 주저자인 데이비드 보겐스버거(David Bogensberger)는 말했다.

"이제 우리는 그 가능성을 가지게 되었습니다."

 

 

블랙홀 제트 비밀

새로운 연구는 전파와 X선 관측 사이의 미묘하지만 의미 있는 차이를 발견하기 위해 데이터를 더 깊이 파고드는 소규모이지만 점차 성장하는 연구 분야의 최신 결과이다.

"X선의 제트는 전파의 제트와 다릅니다,"라고 보겐스버거는 말했다.

"X선 데이터는 다른 파장에서는 볼 수 없는 독특한 그림을 그려줍니다."

보겐스버거와 국제 연구팀은 그들의 연구 결과를 천체물리학 저널에 발표했다.

이 연구에서 연구팀은 2000년부터 2022년까지 찬드라의 켄타우루스 A 관측 데이터를 분석했다.

더 정확히 말하면, 보겐스버거는 이를 위한 컴퓨터 알고리즘을 개발했다.

 

이 알고리즘은 제트 내의 밝고 덩어리진 특징인 'knot'을 추적했다.

관측 기간 동안 움직인 knot을 추적함으로써 연구팀은 그들의 속도를 측정할 수 있었다.

하나의 knot의 속도는 특히 주목할 만했다.

실제로, 지구 근처의 찬드라의 관측 위치에 상대적인 움직임 때문에 빛의 속도보다 빠르게 움직이는 것처럼 보였다.

 

knot와 찬드라 사이의 거리는 빛이 이동할 수 있는 속도만큼 거의 빨리 줄어든다.

연구팀은 knot의 실제 속도가 빛의 속도의 최소 94%라는 것을 밝혀냈다.

유사한 위치의 knot은 이전에 전파 관측을 사용하여 속도가 측정되었다.

그 결과, knot의 속도는 빛의 속도의 약 80%로 훨씬 느린 것으로 나타났다.

 

 

 

제트의 속도와 위치 그리고 새로운 패턴에 대해

"이것은 전파와 X선 제트 knot이 다르게 움직인다는 것을 의미합니다,"라고 보겐스버거는 말했다.

그리고 그것은 데이터에서 두드러진 유일한 것이 아니었다.

예를 들어, knot의 전파 관측은 블랙홀에 가장 가까운 구조가 가장 빠르게 움직인다는 것을 시사했다.

그러나 새로운 연구에서 보겐스버거와 그의 동료들은 가장 빠른 knot이 블랙홀에서 가장 멀리 떨어져 있지도 가장 가깝지도 않은 일종의 중간 영역에 있다는 것을 발견했다.

"X선 대역에서 제트가 어떻게 작동하는지에 대해 우리가 아직 잘 모르는 것이 많습니다.

이것은 더 많은 연구의 필요성을 강조합니다,"라고 보겐스버거는 말했다.

"우리는 제트 연구에 대한 새로운 접근법을 보여주었으며, 앞으로 많은 흥미로운 연구가 이루어질 것이라고 생각합니다."

 

보겐스버거는 팀의 접근법을 사용하여 다른 제트를 연구할 계획이다.

켄타우루스 A의 제트는 약 1200만 광년 떨어져 있는 가장 가까운 제트이기 때문에 특별하다.

이러한 상대적인 근접성은 팀의 방법론을 테스트하고 검증하기 위한 좋은 첫 번째 선택이 되었다.

knot와 같은 특징은 더 멀리 있는 제트에서는 해결하기가 더 어려워진다.

"그러나 이 분석을 할 수 있는 다른 은하들이 있습니다,"라고 보겐스버거는 말했다.

"그리고 그것이 제가 다음으로 할 계획입니다."