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- 이 핫스팟은 약 30% 광속으로 궁수자리 A*를 공전, 전체 궤도 한 바퀴 도는 데 70분
- 엑스선과 적외선에서 방금 관찰된 블랙홀의 폭발적인 복사의 잔재일 것
- 행성 수성과 비슷한 크기의 궤도에서 궁수자리 A*를 도는 뜨거운 가스 거품
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은하수: 블랙홀 핫스팟
궁수자리 A* 주변의 엄청나게 빠른 가스 거품이 플레어에 대한 가정을 확인시켜준다.

핫스팟:
천문학자들은 은하수의 중앙 블랙홀에서 눈에 띄는 핫스팟을 발견했다. 칠레의 ALMA 천문대 데이터에 의하면 이 핫스팟은 약 30% 광속으로 궁수자리 A*를 공전하기 때문에 전체 궤도를 한 바퀴 도는 데 70분이 걸린다. 흥미로운 점은 이 뜨거운 플라스마가 엑스선과 적외선에서 방금 관찰된 블랙홀의 폭발적인 복사의 잔재일 수 있다는 것이다.

▲ 블랙홀 궁수자리 A*의 극성 전파 방출은 뜨거운 가스 거품이 사건 지평선 바로 바깥에서 돌고 있음을 밝혀냈다. © EHT collaboration, ESO/M. Kornmesser, M. Wielgus

우리 은하의 초거대질량 블랙홀은 우리 은하와 별의 행동과 진화를 형성한다. 그러나 궁수자리 A*에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 활성 은하핵과 달리 아주 적은 양의 물질을 집어삼키기 때문이다. 따라서 블랙홀은 주변별에 대한 중력의 영향과 때로는 더 작은 방사선 폭발을 통해서만 눈에 띄게 나타난다. 2022년 5월에야 천문학자들이 EHT(Event Horizon Cluster) 전파 망원경을 사용해 처음으로 궁수자리 A*의 사진을 찍을 수 있었다.

편파 전파의 핫스팟

본에 있는 막스 플랑크 전파천문연구소(Max Planck Institute for Radio Astronomy)의 마시에크 비엘구스(Maciek Wielgus)가 이끄는 천문학자 팀이 최근 "우리" 블랙홀의 또 다른 세부사항을 발견했다. Event Horizon 캠페인의 일환으로 연구원들은 칠레에 있는 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)의 고해상도 전파 망원경을 궁수자리 A*에 집중시켰다. 팀에서 실제로 보정만을 위한 이 데이터를 평가했을 때 다음과 같은 이상 현상을 발견했다.

블랙홀 주변에서 방출되는 전파는 궁수자리 A*의 중심을 도는 비정상적인 편파 신호를 가진 지점을 드러냈다. Wielgus와 그의 팀은 "이 핫스팟은 강력하게 편광된 싱크로트론 복사를 방출하는데, 이는 짧은 시간 동안 이 소스의 전체 편광 패턴을 지배하기도 한다"고 말했다. 눈에 띄는 핫스팟은 사건 지평선 반경의 5배 거리에서 블랙홀의 중심을 돌고 있다.

▲ 블랙홀 궁수자리 A*의 극성 전파 방출은 뜨거운 가스 거품이 사건 지평선 바로 바깥에서 돌고 있음을 밝혀냈다. © EHT collaboration, ESO/M. Kornmesser, M. Wielgus

빛의 속도 30%로

이것은 무엇일까? Wielgus는 "우리는 행성 수성과 비슷한 크기의 궤도에서 궁수자리 A*를 도는 뜨거운 가스 거품을 다루고 있다고 생각한다"고 설명했다. 천문학자들의 분석에 따르면, 이 핫스팟의 플라즈마는 주변 가스 흐름보다 더 뜨겁고 덜 투명하다. 기포의 궤도는 블랙홀의 적도와 평행하고 따라서 회전축에 수직일 가능성이 높다.

핫스팟은 한 궤도에 약 70분이 필요하기 때문에 이 가스 거품의 속도는 광속의 약 30%여야 한다. "믿을 수 없는 속도다"고 Wielgus는 말했다. 관측에 따르면 핫스팟은 블랙홀 주위를 시계 방향으로 돌고 있다. 이것은 궁수자리 A*의 사건 지평선 주변의 나머지 물질도 시계 방향으로 회전한다는 것을 의미할 수 있다고 천문학자들은 설명한다.

방사선 폭발과 연결?

가장 중요한 것은 '관찰 시간이 어떻게 그러한 핫스팟이 생길 수 있는지'에 대한 첫 번째 지표를 제공한다는 것이다. 얼마 전에 NASA의 찬드라 X선 망원경과 근적외선 간섭계 GRAVITY는 블랙홀에서 방출되는 더 작은 폭발을 기록했다. "이러한 플레어는 지금까지 궁수자리 A*의 X선 및 적외선 관측에서만 명확하게 볼 수 있었다. 여기에서 처음으로 우리는 궤도 핫스팟이 전파 관측에도 존재한다는 강력한 증거를 보았다"고 Wielgus는 말했다.

현재 가설에 따르면, 블랙홀에서 이러한 더 작은 제트 폭발은 사건의 지평선 주위를 도는 뜨거운 가스 흐름에 자기 상호 작용이 있을 때 발생한다. 이러한 플레어 직후에 편파된 전파 복사의 핫스팟을 관찰한 결과 이제 이를 확인한 것이다. 공동 저자인 네덜란드 Radboud 대학의 Monika Moscibrodzka는 "우리는 이러한 플레어의 자기 기원에 대한 강력한 증거를 찾았다“고 말했다.

천문학자들은 전파 범위에서 볼 수 있는 핫스팟이 더 강력하고 따라서 더 짧은 파장의 플레어의 유물이라고 생각한다. "X선과 적외선 복사 핫스팟이 냉각됨에 따라 ALMA 및 EHT에서 관찰된 것과 같이 더 긴 파장에서 볼 수 있게 된다"며 "새로운 데이터는 이러한 사건에 대한 이론적 해석을 공식화하는 데 매우 유용하다”고 그들은 설명했다.

추가 관찰 예정

어쨌든 천문학자들은 블랙홀을 주시하기를 바라고 있다. "미래에 우리는 여러 스펙트럼 범위에 걸쳐 GRAVITY 및 ALMA를 사용해 조정된 다중 파장 관측을 통해 핫스팟을 추적할 수 있어야 한다. 이러한 노력의 성공 공동 저자인 스페인 발렌시아 대학의 이반 마르티 비달(Ivan Marti-Vidal)은 “은하 중심에서 발생하는 플레어의 물리학을 이해하는 데 진정한 이정표가 될 것”이라고 말했다.

팀은 가까운 장래에 Event Horizon 배열을 사용하여 궁수자리 A*에서 궤도를 도는 가스 덩어리를 직접 관찰할 수 있기를 기대한다. Wielgus는 "언젠가 우리가 궁수자리 A*에서 무슨 일이 일어나고 있는지 정말로 이해한다고 말할 수 있기를 바란다“고 말했다.
(Astronomy & Astrophysics, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202244493)
출처:
European Southern Observatory (ESO), Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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