프린스턴 대학의 연구원들은 M87* 블랙홀이 외부로 에너지를 방출하여 거대한 제트의 형성에 기여한다는 사실을 발견했습니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 기초한 이 발견은 블랙홀에 대한 기존의 견해에 도전하며 고급 망원경을 사용하여 추가 테스트가 가능합니다. 이번 연구는 제트 에너지의 원천을 명시적으로 설명하지는 않지만 블랙홀 역학을 이해하는 새로운 길을 열었습니다.

블랙홀에 대해 모두가 알고 있는 것 중 하나는 근처에 있는 모든 것이 빨려 들어간다는 것입니다. 프린스턴 천체물리학자 팀은 이제 블랙홀 M87* 근처의 에너지가 안쪽이 아닌 바깥쪽으로 밀려난다는 사실을 확인했습니다. 이는 현장에서 오랫동안 지속되어온 논쟁입니다.

"블랙홀은 아무것도 탈출할 수 없는 물체로 정의되지만, 아인슈타인의 상대성 이론에 대한 놀라운 예측은 블랙홀이 실제로 에너지를 잃는다는 것입니다."라고 프린스턴 대학교 천문학과 찰스 A. 영 기증 교수인 천체 물리학자 Eliot Quataert가 말했습니다. "그들은 회전할 수 있으며, 회전하는 팽이가 시간이 지남에 따라 속도가 느려지고 회전하면서 에너지를 잃는 것처럼, 회전하는 블랙홀도 주변 환경에 에너지를 잃습니다."

이 모델은 1970년대부터 과학자들에 의해 널리 받아들여졌습니다. 그들은 자기장이 회전하는 블랙홀에서 에너지를 추출할 수 있다는 것을 알고 있었지만, 그 방법은 몰랐습니다.

프린스턴 천체 물리학자 팀은 이제 블랙홀 M87*의 사건 지평선 근처의 에너지가 안쪽이 아닌 바깥쪽으로 밀려난다는 결론을 내렸습니다. (M87은 은하 메시에 87의 이름이므로 은하 중심에 있는 블랙홀의 이름은 M87*입니다.) 연구진은 또한 블랙홀이 회전 에너지를 잃는다는 예측을 테스트하는 방법을 개발했으며 이 에너지가 "제트라고 부르는 강력한 유출"을 생성한다고 판단했다고 Quataert는 말했습니다.

애니메이션은 블랙홀이 더 빠르게 회전함에 따라 블랙홀의 사건 지평선을 가로지르는 자기장이 어떻게 왜곡되는지 보여줍니다. 더 빠르게 회전하는 블랙홀은 자기장을 더 빨리 "풀어 올려" 블랙홀이 주변 환경에 더 많은 에너지를 잃게 만듭니다. 프린스턴 천체 물리학자 팀은 이벤트 호라이즌 망원경(Event Horizon Telescope)으로 촬영한 블랙홀의 선형 편광 이미지에서 자기장 선의 코일링을 관찰했습니다. 프린스턴 대학교 고등연구소의 George Wong이 촬영한 사진/비디오

프린스턴 대학의 박사후 연구원이었던 알렉산드루 루프사스카(Alexandru Lupsasca)는 이러한 에너지 유출 제트는 "기본적으로 백만 광년 된 제다이 광선검과 같으며" 은하수보다 10배 더 길다고 말했습니다.

그들의 연구 결과는 최근 The Asphysical Journal에 게재되었습니다. 천체물리학 부연구원인 Andrew Chael이 이 논문의 첫 번째 저자입니다. 그와 공동 저자인 Horizon Event Telescope 팀의 구성원인 George Wong은 블랙홀을 설명하는 데 사용되는 모델을 개발하는 데 핵심적인 역할을 했습니다. Chael, Wong, Lupsasca 및 Quataert는 모두 Princeton Gravity Project에 소속된 이론가입니다.

팀은 새 논문의 핵심인 중요한 통찰력을 Char에게 부여했습니다. 자기장 선의 나선형 방향은 에너지 흐름의 방향을 드러냅니다.

블랙홀 M87*(별표는 M87 은하 중심에 위치한 블랙홀을 나타냄)은 Horizon Event Telescope에 의해 처음 발견되었을 때 세계의 주목을 받았습니다. 그 이후로 프린스턴 대학교 천체물리학자들은 블랙홀 주변의 뒤틀린 자기장이 블랙홀 이미지에서 관찰되는 편광 나선을 결정한다는 사실을 발견했습니다. 특히, 에너지가 흐르는 방향(블랙홀에서 자기장으로 또는 자기장에서 블랙홀로)에 따라 분극이 왜곡되는 방식이 결정됩니다. 분극 나선의 방향을 측정하면 자기장이 블랙홀에서 스핀 에너지를 추출하는지, 아니면 블랙홀에 스핀 에너지를 주입하는지 유추할 수 있습니다. 출처: Andrew Char, George Huang, Alexandru Lupusaska 및 Elliott Quartet의 Princeton Gravity Project 모델

프린스턴 중력 프로그램 부연구원이자 고등연구소 회원인 조지 황(George Huang)은 "지구를 TNT 폭발물로 바꾸고 수백만 년 동안 초당 1,000번씩 폭발시키면 이것이 우리가 M87에서 얻을 수 있는 에너지"라고 말했다.

과학자들은 블랙홀이 회전하기 시작하면 시공간 구조도 함께 끌어당긴다는 사실을 수십 년 동안 알고 있었습니다. 블랙홀을 통과하는 자기장선이 끌려가면서 회전 속도가 느려지고 에너지가 방출됩니다.

프린스턴 대학의 전 연구원이자 현재 밴더빌트 대학의 물리학 및 수학 조교수인 Lupusaska는 블랙홀에 대한 연구로 Breakthrough Prize Foundation으로부터 2024 New Horizons Award 물리학상을 받았습니다.

연구팀은 M87*의 사건 지평선 근처의 에너지 흐름이 바깥쪽으로 흐르지만 이론적으로는 다른 블랙홀에서도 에너지 흐름이 안쪽으로 흐를 수 있다고 말했습니다. 그들은 에너지 흐름과 자기장선의 방향 사이의 연관성을 확신하고 있으며, 에너지 흐름이 블랙홀에서 나온다는 그들의 예측은 아직 이론 단계에 있는 '차세대' 사건의 지평선 망원경의 출시로 검증될 것입니다.

전 세계의 블랙홀 연구자들은 지난 1년 반 동안 미래 장비에 대한 사양을 제안해 왔으며, 네 명의 연구자는 그들의 논문에서 블랙홀의 회전이 "실제로 은하외 제트에 힘을 실어준다"는 사실을 아직 결정적으로 입증하지 못했다고 강조했습니다. 그러나 증거는 확실히 그 방향으로 기울어져 있습니다. 그들의 모델에 나타난 에너지 수준은 제트에 필요한 에너지와 일치하지만 제트가 블랙홀 외부의 플라즈마 회전에 의해 구동될 가능성을 배제할 수는 없습니다. 루프사스카는 “블랙홀이 제트기에 동력을 공급할 가능성이 매우 높다고 생각하지만 이를 증명할 수는 없다”고 말했다. "아직 아님."

컴파일된 소스: ScitechDaily