초대질량 블랙홀은 인간이 우주 공간에서 발견한 가장 극단적인 현상 중 하나입니다. 우리 태양의 질량이 수십만 배, 심지어 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 이들은 퀘이사라고 불리는 전례 없는 발광 현상을 만들어냅니다.
노스웨스턴 대학의 연구원들은 서밋(Summit) 슈퍼컴퓨터를 사용하여 거대 블랙홀 주위를 공전하는 기울어진 얇은 강착 원반의 "3차원 일반 상대론적 자기유체역학" 시뮬레이션을 수행했습니다. 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 강력한 고성능 컴퓨팅 시스템 덕분에 과학자들은 이전보다 더 사실적인 블랙홀을 시뮬레이션하고 그 과정에서 새로운 현상을 발견할 수 있습니다.
연구진은 초대질량 블랙홀에 관한 기존 이론에서는 블랙홀이 수백 년, 심지어 수십만 년에 걸쳐 점차적으로 가스와 먼지를 먹어치우는 천체라고 주장하고 있다고 지적했습니다. 그러나 새로운 시뮬레이션에 따르면 이러한 고갈 과정은 활성 퀘이사 발사에 필요한 시간과 일치하여 불과 몇 달 안에 발생하는 것으로 보입니다.
노스웨스턴 대학교 과학자들이 제작한 3차원 시뮬레이션은 회전하는 블랙홀이 주변 시공간 영역을 왜곡한다는 것을 보여줍니다. 이 현상은 결국 강착원반으로 알려진 블랙홀을 둘러싼 가스와 먼지의 소용돌이를 찢습니다. 이 시공간 뒤틀림 과정의 최종 결과는 부착 원반을 두 개의 하위 디스크, 내부 디스크와 내부 디스크로 분할하는 것이며, 이는 이후 새로운 연구에서 설명된 초고속 먹이 행동에 연료를 공급합니다.
연구자들은 블랙홀 중심의 특이점이 처음에는 내부 고리를 삼킨다고 말합니다. 그 후, 외부 원반의 파편이 안쪽으로 흘러들어와 내부 고리를 삼키면서 생긴 틈을 메워, 삼키는 과정을 반복하게 되었다. 과학자들은 이 끝없는 "먹기" - "먹기" - "먹기"의 과정이 단지 몇 달 밖에 걸리지 않는다고 지적합니다. 이 시간 척도는 이전의 이론적 예측에 비해 엄청나게 빠릅니다.
이 새로운 시뮬레이션은 퀘이사와 같이 우주에서 관찰되는 가장 밝은 물체 중 일부의 행동을 밝힐 수 있습니다. 이 준항성 물체는 자신의 은하계에 있는 모든 별을 합친 것만큼 밝을 수 있지만 몇 달 후에는 "설명 없이" 사라집니다. 노스웨스턴 대학에서 연구를 주도한 닉 카즈(Nick Kaaz)는 고전적인 강착원반 이론은 블랙홀 주변의 원반이 매우 천천히 진화할 것이라고 예측하고 있다고 지적했습니다.
그러나 Katz는 일부 퀘이사는 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 밝기의 더 극적인 변화를 경험한다고 설명했습니다. 퀘이사에서 관찰되는 밝기의 급격한 변동은 블랙홀에 대한 새로운 시뮬레이션을 통한 다층 원반 및 복잡한 물리적 상호 작용의 관찰과 일치합니다.