NASA의 닐 게렐스 스위프트 천문대의 데이터를 활용하는 연구원들이 은하 중심부의 가스 구름을 교란하는 두 개의 거대한 블랙홀에서 방출되는 신호를 처음으로 확인했습니다.
밀레니엄 천체물리학 연구소, 초질량 블랙홀 탐사 연구 및 기술에 관한 밀레니엄 핵, 칠레 발파라이소 대학교 소속 천체물리학자 로레나 에르난데스 가르시아는 “AT 2021hdr이라는 매우 이례적인 현상이 몇 달마다 반복되고 있다”고 말했습니다. “우리는 가스 구름이 블랙홀을 감싸고 있다고 생각합니다. 이 블랙홀은 서로 공전하면서 구름과 맞물려 구름의 가스를 교란하고 소모합니다. 그 결과 시스템에서 방출되는 빛의 패턴이 변동합니다.”
에르난데스-가르시아가 주도한 AT 2021hdr에 대한 자세한 연구는 천문학 및 천체물리학 저널에 11월 13일에 게재되었습니다.
이 두 블랙홀은 북쪽 별자리인 처녀자리에서 10억 광년 떨어진 2MASX J21240027+3409114로 확인된 은하의 중심부에 위치하고 있습니다. 이 블랙홀은 약 160억 마일(260억 킬로미터) 떨어져 있으며, 빛이 단 하루 만에 이동할 수 있을 정도로 가까운 거리에 있습니다. 두 블랙홀의 질량을 모두 합치면 태양의 약 4천만 배에 달합니다.
과학자들은 블랙홀이 130일마다 한 바퀴씩 공전하며 약 7만 년 후에 충돌하고 합쳐질 것으로 예상하고 있습니다.
2021hdr은 2021년 3월 캘리포니아 팔로마 천문대에 있는 칼텍이 이끄는 ZTF(Zwicky Transient Facility)에서 처음 발견되었습니다. ALeRCE(사건의 신속한 분류를 위한 자동 학습)에 의해 잠재적으로 흥미로운 소스로 표시되었습니다. 이 학제 간 팀은 인간의 전문 지식과 함께 인공 지능을 사용하여 ZTF와 같은 조사 프로그램에서 수집한 광범위한 데이터를 사용하여 천문학적 사건을 보고합니다.
공동 저자이자 밀레니엄 천체물리학 연구소 및 칠레 대학교 수학 모델링 센터의 천체 물리학자인 알레한드라 무뇨스-아란시비아(Alejandra Muñoz-Arancibia)는 “처음에는 이 폭발을 초신성으로 생각했지만 2022년 이후 폭발이 이어지면서 다른 설명을 고려하게 되었다”고 설명했습니다. “새로운 이벤트가 발생할 때마다 우리는 시스템에서 일어나는 일에 대한 이해를 더 구체화할 수 있었습니다.”
최초 플레어 이후 ZTF는 60~90일마다 AT 2021hdr에서 폭발을 관측했습니다.
에르난데스-가르시아와 그녀의 팀은 2022년 11월부터 스위프트와 함께 소스를 모니터링하고 있습니다. 스위프트의 관측 결과, 이항성계는 ZTF가 가시광선 스펙트럼에서 관측한 것과 동일한 시간 스케일로 자외선 및 X-선 빛에서 진동을 생성하는 것으로 밝혀졌습니다.
연구진은 관측 결과를 설명하기 위해 다양한 모델을 체계적으로 배제했습니다.
처음에는 이 신호가 은하 중심에서의 규칙적인 활동의 결과일 수 있다고 생각했습니다. 또한 별이 블랙홀 중 하나에 너무 가까이 접근한 후 파괴되는 조석파괴 현상이 원인일 수 있는지도 고민했습니다.
결국 연구진은 이원계보다 더 큰 가스 구름의 파괴가 가장 유력한 시나리오라는 결론을 내렸습니다. 구름이 블랙홀을 만났을 때 중력에 의해 찢어지면서 두 쌍 주위에 필라멘트가 생성되고 마찰이 발생하여 가스가 가열되었습니다. 가스는 블랙홀 근처에서 특히 밀도가 높고 뜨거워졌습니다. 이원계가 궤도를 돌면서 복잡한 힘의 상호작용으로 인해 회전할 때마다 가스의 일부가 방출됩니다. 이러한 상호 작용이 스위프트와 ZTF가 관찰한 변동하는 빛을 만들어냅니다.
에르난데스-가르시아 연구팀은 2021hdr에 대한 관측을 계속하여 이 시스템을 더 깊이 이해하고 모델을 개선할 계획입니다. 그들은 또한 이 사건이 일어나고 있는 은하를 연구하는 데 열중하고 있는데, 이 은하는 현재 이웃 은하와 합쳐지고 있으며, 이는 그들의 연구에서 처음 보고된 사건입니다.
메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주비행센터의 Swift 책임 연구자인 S. 브래들리 센코는 “스위프트가 20주년을 맞이하면서 새로운 과학적 발견이 계속되고 있다는 것은 놀라운 일입니다.”라고 말했습니다. “끊임없이 변화하는 우주에 대해 밝혀낼 수 있는 것이 아직 훨씬 더 많습니다.”
NASA의 임무는 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 미스터리를 풀기 위해 하늘의 변화를 관찰하는 데 전념하는 확장된 글로벌 네트워크의 일부입니다.
스위프트 임무는 고다드가 펜실베이니아 주립대, 뉴멕시코의 로스알라모스 국립연구소, 버지니아 덜레스에 있는 노스롭 그루먼 우주 시스템과 협력하여 관리하고 있습니다. 그 외에도 영국의 레스터 대학교와 멀라드 우주 과학 연구소, 이탈리아의 브레라 천문대, 이탈리아 우주국 등이 파트너로 참여하고 있습니다.
Source: NASA
Original text: By Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.