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- V723 Mon, 태양의 3배 무게, 지구와 1500광년 떨어진 거리

발견된 가장 작은 블랙홀
태양의 세 배 무게가 나가는 "다크 유니콘"은 불과 1500광년 떨어져 있다.

보이지 않는 작은 것 :
천문학자들이 지금까지 은하수에서 가장 작은 블랙홀을 발견했다.
무게가 태양 질량의 3배에 불과하며 지구로부터 불과 1500광년 떨어져 있다.
지구에 가장 가까운 블랙홀이 될 수 있다. 연구원들은 그의 중력이 동반자인 적색 거성의 경로에 영향을 미치기 때문에 보이지 않은 비활성인 “다크 유니콘”을 추적했다. 

▲ 현재까지 알려진 가장 작은 블랙홀은 불과 1,500 광년 떨어져 있다. 무게는 태양 질량의 3 배에 불과하다. © Lauren Fanfer

슈퍼노바(초신성)에 있는 거대한 별이 수명주기 마지막에 폭발할 때 스텔라 블랙홀이 생성된다. 그 후 별 핵은 질량에 따라 극도로 조밀한 중성자별로 붕괴되거나 블랙홀이 된다. 그러나이 둘 사이의 경계와 블랙홀의 크기는 아직 명확하지 않다.

그 주된 이유 중 하나는 물질을 적극적으로 빨아들이지 않는 작은 블랙홀은 천문학자와 측정 기기에 보이지 않는다. 이 별의 블랙홀이 이중 체계의 일부라고 해도, 그들의 존재는 종종 파트너의 행동에서 나타나지 않는다. 따라서 은하수에 얼마나 많은 것이 있으며, 이 보이지 않고 상호 작용하지 않는 블랙홀의 질량은 거의 알려지지 않았다.

밝기가 변동하는 적색 거성

이제 천문학자들은 우리와 매우 가까운 이 숨겨진 작은 것 중 하나를 추적했다.
이 물체는 모노케루스(Monocerus, 유니콘) 별자리에서 우리로부터 불과 1500광년 떨어진 밝은 적색 거성 주위의 궤도에 숨겨져 있다. 이 거대한 별 V723 Mon은 오랫동안 밝기가 변하는 변광성으로 알려져 왔다. 그러나 왜 빛의 곡선이 규칙적으로 변하는지 불분명했다.

이를 분명히 알고 싶어 타린두 자야싱헤(Tharindu Jayasinghe)가 이끄는 연구원들은 다양한 파장 범위의 빛에서 여러 망원경의 관측 데이터를 평가했다. 무엇보다도 그들은 ESA의 가이아 위성의 이동 데이터, NASA의 TESS 및 Swift 우주 망원경의 스펙트럼 데이터, 여러 지구 기반 분광기의 스펙트럼 데이터를 사용했다.

보이지 않는 동반자의 영향

빛의 스펙트럼과 그에 따른 방사형 속도와 적색 거성의 모양은 동반자에게 중력의 영향을 나타낸다. 연구팀은 "그러나 우리는 빛을 발하는 동반자의 증거를 찾을 수 없으며 주계열성 또는 한 쌍의 별을 동반 대상으로 제외할 수 있다"고 보고했다. 대신 콤팩트 하지만 어두운 물체여야 한다.

천문학자에 따르면, 그처럼 작고 어두운 동반자에 대한 가장 간단한 설명에 해당하는 것은 블랙홀이다.
"데이터를 볼 때 이 블랙홀은 말 그대로 우리의 눈을 사로 잡았다"고 Jayasinghe는 말했다.
빛 곡선의 특성에서 그와 그의 동료는 별자리 "유니콘"의 이름을 딴 이 블랙홀이 태양 질량을 약 3개만 포함 할 수 있다고 결론지었다.

가장 작고 가장 가까운 블랙홀

이런 데이터를 근거로 이 "다크 유니콘"을 현재까지 가장 작고 가장 가까운 블랙홀일 것이다.
1년 전 천문학자들이 1000광년 떨어진 이중성 시스템 HR 6819에서 항성 블랙홀의 증거를 발견했기 때문이다. Jayasinghe와 그의 팀은 나중에 관찰은 이것을 확인할 수 없었다고 보고했다.
이와는 대조적으로 1500광년 떨어진 V723 Mon의 “유니콘”은 이미 두 번째 독립적인 측정으로 확인됐다. 오사카 대학의 켄토 마수다(Kento Masuda)와 그의 동료 테르유키 히라노(Teryuki Hirano)는 적색 거성의 반경 속도를 다시 분석했다. 모델의 도움으로 그들은 빛 곡선의 특정 불규칙성을 어떻게 가장 잘 설명 할 수 있는지 조사했다.

독립적인 측정으로 확인

그 결과 관찰된 특징은 적색 거성에 대한 블랙홀의 조석 효과로 거슬러 올라간다.
보이지 않는 동반자의 중력은 별이 떠돌아다니는 돌출부를 형성하는 방식으로 끌어당긴다.
이는 지구의 바다에서 달의 인력이 유발하는 밀물썰물 산과 유사하다.

"723 Mon의 반경 속도의 주기적 효과는 별의 조석 변형과 흡수선 관련 왜곡으로 정량적으로 설명될 수 있다"고 연구원들은 말했다.
그들의 계산으로 "다크 유니콘"은 매우 낮은 질량을 갖고 있다. 태양 질량 2.93개로 지금까지 관찰된 가장 작은 블랙홀에 속한다. 따라서 그것은 블랙홀과 중성자별 사이의 경계에 있어야 하는 영역 소위 질량 갭에서 이동한다. 지금까지 이 질량 범위에서 소수의 블랙홀만 알려져 있으며, 그중 하나는 중력파를 통해 알려질 수 있었다.

거기에 더 많은 것들이 있다.

Jayasinghe와 그의 팀은 은하수에 여전히 많은 비활성 상태이므로 보이지 않는 작은 블랙홀이 있어야 한다고 추정한다. 이에 따르면, 은하계에만 약 100~1000개의 이원 시스템이 있을 수 있는데, 723 Mon처럼 거대한 별과 비활성 블랙홀로 구성된다.

천문학자들은 더욱 정확한 분광기와 망원경이 미래에 더 많은 "어두운 유니콘"을 추적하는 데 도움이 되기를 바라고 있다. 그것은 또한 거대한 별이 붕괴될 때, 그리고 중성자별이나 블랙홀이 형성될 때 일어나는 현상에 답할 수 있다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, in press, arXiv:2101.02212; The Astrophysical Journal Letters, 2021; doi: 10.3847/2041-8213/abecdc)
출처 : Ohio State University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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