미국 국립과학재단 산하 국립전파천문학관측소(NRAO)와 협력 기관은 최근 천문학자들이 은하 중심에 있는 초거대 블랙홀 궁수자리 A*(Sgr A*)에서 방출되는 고온 우주풍을 관측 데이터에서 처음으로 명확하게 포착해 반세기 동안 이론적 추론에 대한 직접적인 증거를 제공했다고 발표했습니다.

천체 물리학 이론에 따르면, 블랙홀이 주변의 가스 물질을 삼킬 때 그 일부가 사건의 지평선으로 빨려 들어가는 것 외에도 일부 물질은 제트기나 바람의 형태로 바깥쪽으로 던져져야 합니다. 그러나 은하수 중심 블랙홀의 이러한 '바람'은 명확하게 관찰되지 않았습니다.

이 연구는 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array Telescope)를 사용합니다. 과학 연구팀은 수년간의 관찰을 바탕으로 지금까지 궁수자리 A* 주변의 차가운 가스에 대한 가장 상세한 분포 지도를 그렸고, 블랙홀의 '호흡'이 남긴 직접적인 흔적을 발견했습니다.

연구진은 궁수자리 A*에서 약 1파섹(약 3광년) 범위 내 1.3밀리미터파 대역에서 일산화탄소 분자의 방사를 오랫동안 관찰해 왔다. 이러한 유형의 분자는 차가운 분자 가스의 전형적인 추적자이며 블랙홀 근처의 차가운 가스의 공간 구조를 설명하는 데 도움이 됩니다.

궁수자리 A* 자체의 전파 방사 강도는 높고 시간에 따라 빠르게 변하기 때문에 연구팀은 먼저 블랙홀 자체의 밝은 전파 신호를 신중하게 모델링하고 빼서 '눈부심' 간섭을 최대한 제거했습니다.

블랙홀에서 강한 방사선을 "뺀" 후, 연구자들은 주변에 있는 차가운 가스의 극도로 약하고 복잡한 구조를 구별할 수 있었고 우연히 거대한 원뿔 모양의 공동을 발견했습니다. 이는 차가운 가스 분포 지도에서 명백히 누락된 영역으로 나타났으며 그 기하학적 형태는 궁수자리 A*를 직접 가리키고 있었습니다.

과학 연구팀은 이 구조의 물리적 특성을 확인하기 위해 NASA 찬드라 엑스선 관측소의 데이터도 비교한 결과 동일한 공간 영역이 고온 가스에서 방출되는 엑스선 방사선으로 채워져 있음을 발견했습니다.

이는 이 원뿔 모양의 공동이 단순히 물질이 부족한 것이 아니라 블랙홀에 의해 구동되는 고온 바람에 의해 채워져 있음을 보여줍니다. 이 바람은 원래의 차가운 가스를 "쓸어 버리거나" 고온으로 가열하여 더 이상 차가운 가스의 형태로 나타나지 않습니다.

연구에 따르면 ALMA 데이터를 기반으로 작성된 저온 가스 분포 지도는 이전의 유사한 일산화탄소 관측보다 약 100배 더 민감하고 공간 해상도는 약 80배 더 높은 것으로 나타났습니다. 이는 현재까지 궁수자리 A* 근처 1파섹 범위의 차가운 가스에 대한 가장 명확하고 민감한 관측이 되었습니다.

이를 바탕으로 과학자들은 은하수 중심의 블랙홀에 의한 유출 구조를 처음으로 명확하게 규명했을 뿐만 아니라, 수십 년 동안 이 분야를 괴롭혔던 '사라진 바람' 문제도 해결해 우리 은하계 중심의 블랙홀도 바람의 형태로 주변 환경과 격렬하게 상호작용한다는 사실을 입증했다.

과학 연구팀은 궁수자리 A*가 부는 이 고온풍이 최소 2만년 동안 지속된 것으로 추정하고 있는데, 이는 블랙홀이 장기적이고 안정적인 방식으로 에너지와 운동량을 외부로 방출하고 있음을 보여준다.

그러나 다른 은하계 중심에서 볼 ​​수 있는 거대하고 밝은 제트와 비교할 때, 은하계 중심의 이 바람은 상대적으로 "약하고" 극도로 격렬한 제트 구조를 형성하지 않습니다. 대신, 은하수 중심의 가스 생태 환경을 보다 "낮은" 방식으로 변화시킵니다.

과학자들은 이번 발견이 초대질량 블랙홀의 '피딩'과 '피드백' 과정에 대한 사람들의 이해를 깊게 하는 데 도움이 된다고 지적했다. 한편으로는 블랙홀이 가스를 둘러싸고 강착하여 에너지를 얻는 반면, 다른 한편으로는 에너지와 물질이 유출이나 제트를 통해 은하 중심으로 재주입되어 별 형성과 가스 순환과 같은 거시적 과정에 영향을 준다.

인류의 고향 은하인 은하수의 "호흡" 리듬과 중심 블랙홀의 패턴은 은하계의 전반적인 진화를 이해하는 데 큰 의미가 있습니다. 이 관찰은 현재까지 가장 명확한 경험적 샘플 중 하나를 제공합니다.

이번 성과의 핵심장비인 ALMA는 유럽남부천문대, 미국 국립과학재단, 일본 국립자연과학연구소가 칠레공화국과 협력하여 건설·운영하는 대규모 국제천문시설이다. 밀리미터 및 서브밀리미터 파장대를 사용하여 차가운 우주의 가스 및 먼지 구조를 관찰하는 것을 목표로 합니다.

국립전파천문대(National Radio Astronomy Observatory)는 북미를 대신하여 ALMA의 건설과 운영을 담당하고 있습니다. 국립과학재단(National Science Foundation) 산하의 중요한 전파천문학 관측 플랫폼으로, 전 세계 천문계에 개방형 첨단 관측 시설을 제공합니다.

관련 기관에 따르면 궁수자리 A*의 '호흡'에 대한 최초의 명확한 증거는 이론과 관측 사이의 격차를 메울 뿐만 아니라 다중 대역 및 다중 장비를 사용하여 은하계 센터에 대한 향후 공동 탐사를 위한 새로운 창을 열었습니다.

장기적인 기준선과 고정밀 관측이 계속해서 축적됨에 따라 사람들은 이 우주 바람의 진화 ​​역사를 더욱 특성화하고 그것이 은하 중심의 가스 분포와 별 형성 활동에 미치는 심오한 영향을 평가할 것으로 예상됩니다.