새로운 연구는 우리 은하의 초대질량 블랙홀이 얼마나 빨리 회전하는지에 대한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 궁수자리 A*(SgrA*)라고 불리는 이 블랙홀은 질량이 태양 질량의 약 400만 배에 달합니다. NASA의 찬드라 X선 관측소와 국립과학재단의 VLA(Very Large Array)를 사용한 이 연구에서는 SgrA*가 빠르게 회전하고 있음을 발견했습니다. 이 높은 스핀은 SgrA* 주변의 시공간을 왜곡하여 미식축구공처럼 보이게 합니다.
이 작가의 그림은 은하수 중심의 초대질량 블랙홀과 주변 물질의 단면을 보여줍니다. 중앙에 있는 검은 구는 블랙홀의 사건 지평선, 즉 빛조차도 빠져나올 수 없는 돌아올 수 없는 지점을 나타냅니다. 회전하는 블랙홀을 옆에서 보면 그림처럼 주변 시공간이 미식축구공 모양을 하고 있다. 양쪽에 있는 노란색-주황색 물질은 블랙홀 주위에 소용돌이치는 가스를 나타냅니다. 이 물질은 필연적으로 블랙홀 쪽으로 떨어지게 되며 일단 축구공 모양의 내부로 떨어지게 되면 사건의 지평선을 통과하게 됩니다. 따라서 사건의 지평선 바깥에 있는 축구공 모양의 영역은 공동으로 묘사됩니다. 파란색 구체는 회전하는 블랙홀의 극에서 나오는 제트를 나타냅니다. 이미지 출처: NASA/CXC/M.Weiss
이 예술가의 그림은 은하수 중심의 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*(SgrA*)에 대한 새로운 연구 결과를 묘사합니다. 연구에 따르면 SgrA*는 너무 빨리 회전하여 시공간(시간과 공간의 3차원)을 뒤틀어 축구공처럼 보이게 만드는 것으로 나타났습니다.
이번 결과는 NASA의 찬드라 X선 관측소와 국립과학재단의 Karl G. Jansky VLA(Very Large Array)에 의해 생성되었습니다. 연구팀은 블랙홀 안팎으로 물질이 흐르는 방식을 기반으로 SgrA*가 얼마나 빨리 회전하는지 확인하기 위해 X선과 전파 데이터를 사용하는 새로운 방법을 사용했습니다. 그들은 SgrA*의 회전 각속도가 가능한 최대값의 약 60%이고, 각운동량은 가능한 최대값의 약 90%임을 발견했습니다.
블랙홀은 질량(무게)과 회전(회전 속도)이라는 두 가지 기본 특성을 가지고 있습니다. 이러한 값 중 하나를 결정하면 과학자들은 블랙홀과 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 좋은 아이디어를 얻을 수 있습니다. 천문학자들은 과거에 다양한 기술을 사용하여 SgrA*의 회전 속도에 대해 몇 가지 추정을 했으며, 결과는 SgrA*가 전혀 회전하지 않는 것부터 거의 최대 속도로 회전하는 것까지 다양했습니다.
새로운 연구에 따르면 SgrA*는 실제로 빠르게 회전하고 있으며 이로 인해 주변의 시공간이 압박되고 있는 것으로 나타났습니다. 여기에는 SgrA*의 단면과 그 주위를 회전하는 물질 디스크가 나와 있습니다. 중앙에 있는 검은 구체는 소위 블랙홀 사건의 지평선, 즉 빛조차도 빠져나올 수 없는 지점을 나타냅니다.
그림에서 볼 수 있듯이, 회전하는 블랙홀을 옆에서 보면, 주변 시공간이 축구공 모양을 하고 있다. 회전이 빠를수록 축구공은 더 평평해집니다.
양쪽의 노란색-주황색 물질은 SgrA* 주변의 가스 소용돌이를 나타냅니다. 이 물질은 필연적으로 블랙홀을 향해 떨어지게 되며 일단 축구공 모양 안으로 떨어지면 사건의 지평선을 통과하게 됩니다. 따라서 사건의 지평선 바깥에 있는 축구공 모양의 영역은 공동으로 묘사됩니다. 파란색 구체는 회전하는 블랙홀의 극에서 방출되는 제트를 나타냅니다. 제트기둥을 따라 위에서 블랙홀을 내려다보면 시공간은 원이다.
블랙홀의 회전은 중요한 에너지원이 될 수 있습니다. 회전하는 초대질량 블랙홀은 회전 에너지를 추출할 때 제트와 같은 평행 유출을 생성하는데, 이를 위해서는 블랙홀 근처에 최소한 일부 물질이 필요합니다. SgrA* 주변의 제한된 연료로 인해 블랙홀은 거의 천년 동안 상대적으로 조용했고 제트도 상대적으로 약했습니다. 그러나 이 연구는 SgrA* 근처의 물질 양이 증가하면 이것이 바뀔 수 있음을 보여줍니다.
SgrA*의 스핀을 결정하기 위해 저자는 블랙홀의 스핀과 질량, 블랙홀 근처 물질의 특성 및 유출 특성 간의 관계를 자세히 설명하는 "유출 방법"이라는 경험적 기반 기술을 사용했습니다. 시준된 유출은 전파를 생성하는 반면, 블랙홀을 둘러싼 가스 디스크는 X선 복사를 생성합니다. 연구진은 이 방법을 사용하여 찬드라와 VLA의 데이터를 다른 망원경의 블랙홀 질량에 대한 독립적인 추정치와 결합하여 블랙홀의 회전을 제한했습니다.
Ruth Daly(펜실베이니아 주립대학교)가 주도한 이러한 결과를 설명하는 논문은 왕립천문학회 월간 공지사항 2024년 1월호에 게재되었습니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily