NASA의 IXPE 임무는 마이크로퀘사 SS433을 사례 연구로 사용하여 제트의 정렬된 자기장을 밝히고 블랙홀의 입자 가속도에 대한 우리의 이해를 변화시킵니다. 블랙홀의 강력한 중력장은 행성 전체의 물질을 삼킬 수 있습니다. 종종 너무 격렬하게 제트기에서 빛의 속도에 접근하는 입자 흐름을 방출합니다. 과학자들은 이러한 고속 제트가 우주 광선으로 알려진 입자를 가속한다는 것을 알고 있지만 그 과정에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

매너티 성운을 합성한 이 사진은 블랙홀을 생성한 초신성의 잔해에서 나온 물질을 집어삼키는 블랙홀인 SS433의 제트를 포착합니다. IXPE 우주선의 데이터를 사용한 새로운 연구, 특히 마이크로퀘이사 SS433 연구를 통해 블랙홀에 의한 입자 가속 현상이 밝혀졌습니다. 이 연구는 제트 내부의 자기장이 운동과 일치하며 이전 이론과 모순되고 이 우주 현상에 대한 우리의 이해를 향상시킨다는 것을 보여줍니다.

NASA의 IXPE(X-Ray Polar Imaging Explorer) 우주선의 데이터를 사용하여 연구원들이 수행한 최신 발견은 과학자들에게 이러한 극한 환경에서 입자 가속이 어떻게 발생하는지에 대한 새로운 단서를 제공합니다. 이번 관측은 동반성으로부터 물질을 빨아들이는 블랙홀로 구성된 시스템인 '마이크로퀘이사'에서 나온 것이다.

SS433 자세히 살펴보기

이 마이크로퀘이사(Stephenson and Sanduleak 433, SS433이라고도 함)는 지구에서 약 18,000광년 떨어진 독수리자리 초신성 잔해 W50의 중심에 위치하고 있습니다. 잔해의 모양을 왜곡하고 "매너티 성운"이라는 별명을 얻은 SS433의 강력한 제트기는 빛의 속도의 약 26%, 즉 초당 48,000마일 이상으로 이동합니다. SS433은 1970년대 후반에 발견되었으며 최초로 발견된 마이크로퀘이사였습니다.

IXPE에 탑재된 3개의 망원경은 편광이라는 X선 빛의 특별한 특성을 측정합니다. 이를 통해 과학자들은 X선 주파수에서 전자기파가 어떻게 구성되고 배열되는지 알 수 있습니다. X선 편광은 연구자들이 블랙홀 주변 환경과 같은 우주의 극한 지역에서 발생하는 물리적 과정과 이러한 지역에서 입자가 가속되는 방식을 이해하는 데 도움이 됩니다.

잔해에서 방출되는 전파는 청녹색인 반면, IXPE, XMM-뉴턴 및 찬드라에서 합성된 X-선은 밝은 청자색 및 분홍-백색 톤이 지배적이며 적외선 데이터는 빨간색 배경을 가지고 있습니다. 블랙홀은 거의 빛의 속도로 반대 방향으로 두 개의 물질 제트를 방출하여 잔해의 모양을 왜곡합니다. 제트는 블랙홀에서 약 100광년 떨어진 곳에서 밝아지며 입자는 제트 내부의 충격으로 인해 매우 높은 에너지로 가속됩니다. IXPE 데이터는 입자 가속에 중요한 역할을 하는 자기장이 제트와 평행하게 정렬되어 있음을 보여줍니다. 이는 천체 물리학 제트가 어떻게 이러한 입자를 높은 에너지로 가속하는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

획기적인 발견과 미래의 시사점

IXPE는 2023년 4월과 5월에 18일 동안 SS433의 동쪽 엽에 있는 가속점 중 하나를 연구했습니다. 여기서 자기장에서 나선형으로 회전하는 고에너지 전자가 방사선을 생성합니다. 이 과정을 싱크로트론 방사선이라고 합니다.

"IXPE 데이터는 가속 영역 근처의 자기장이 제트가 움직이는 방향을 가리킨다는 것을 보여줍니다"라고 IXPE 임무의 수석 조사관이자 SS433 발견에 대한 새로운 논문의 주요 저자인 앨라배마 주 헌츠빌에 있는 NASA 마샬 우주 비행 센터의 천체 물리학자 Philip Kaaret이 말했습니다. "IXPE에서 볼 수 있는 높은 수준의 분극은 자기장이 정렬되어 있고 그 중 적어도 절반이 같은 방향으로 정렬되어 있음을 시사합니다."라고 그는 말했습니다.

이번 발견은 예상치 못한 일이었다고 그는 말했다. 연구자들은 제트와 성간 물질(별 사이의 가스와 먼지 환경) 사이의 상호 작용이 자기장 교란을 일으키는 충격을 일으킬 가능성이 높다고 오랫동안 생각해 왔습니다.

NASA의 IXPE(Imaging X-Ray Polarization Explorer). 출처: NASA

Kayarete는 이 데이터는 강력한 제트가 성간 물질과 충돌할 때 제트 내부의 자기장이 "갇혀" 늘어나고 늘어나 입자 가속 영역의 정렬에 직접적인 영향을 미칠 가능성을 제기한다고 말했습니다.

1980년대부터 연구자들은 SS433의 제트가 입자 가속기의 역할을 한다고 추측해 왔습니다. 2018년 멕시코 푸에블라에 있는 고고도 워터 체렌코프 천문대 관측자들은 제트기의 가속 효과를 확인했습니다. 과학자들은 NASA의 NuSTAR(Nuclear Spectroscopic Telescope Array)와 유럽 우주국의 XMM-뉴턴 천문대를 사용하여 가속 영역을 정확히 찾아냈습니다.

연구자들이 계속해서 IXPE의 발견을 평가하고 우주의 새로운 표적을 연구함에 따라, 그 데이터는 또한 초신성 잔해에서 흐르는 블랙홀 제트부터 플레어와 같은 폭발하는 별에서 방출되는 잔해에 이르기까지 다양한 현상에 의해 방출되는 유출에서 동일한 메커니즘이 자기장을 일관되게 유지하는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

IXPE 임무의 이탈리아 수석 연구원인 Paolo Soffitta는 "IXPE의 X선 편광계의 이미징 기능으로 매우 미세한 측정이 가능해졌고, 중앙 블랙홀에서 95광년 떨어진 제트의 작은 영역에서 약한 신호를 감지할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

이 새로운 논문은 SS433에 대한 IXPE의 관찰 내용을 자세히 설명하며 The Asphysical Journal 최신호에 게재되었습니다.

컴파일된 소스: ScitechDaily