(3분 50초 읽기+45초 동영상)
- 거의 모든 은하의 중심에는 블랙홀이 있다.
- 은하 A2261-BCG의 중심에서 X선 방출 없어.
- 병합과정에서 블랙홀이 튕겨져 나왔을 것으로 추정
- 2021년 가을에 발사될 제임스 웹 우주망원경으로 증거 확인 기대

블랙홀이 사라진다?
먼 은하의 중심부에 초거대 블랙홀이 없다는 사실에 놀라움

구멍 대신 간격 :
먼 은하 A2261-BCG의 중심에는 특히 큰 블랙홀이 있어야 한다.
그런데 집중적인 수색에도 불구하고 천문학자들은 이 중력 거인의 흔적을 찾지 못했다.
이 초 거대 블랙홀이 은하의 핵에서 방출되었는지에 대한 의문을 갖게 한다.
이것은 두 은하와 그들의 블랙홀이 합쳐질 때 발생할 수 있다. 

▲ 이 합성 이미지는 천문학자들이 지금까지 초 거대질량 블랙홀을 헛되이 찾았던 중앙 은하에 있는 은하단 Abell 2261을 보여준다. © NASA / CXC, NASA / STScI, NAOJ / Subaru.

Abell 2261 은하의 중심 은하는 수년 동안 천문학자들을 당혹스럽게 해왔다.
27억 광년 거리에 있는 성단 A2261-BCG는 크기에 비해 별이 매우 풍부하고 밀도가 높은 중심을 가지고 있다. 질량으로 측정할 때 알려진 가장 큰 초 거대질량 블랙홀 중 하나가 이 은하의 중심에 위치해야 한다. 천문학자들은 최소 100억 개의 태양 질량으로 추정한다.

블랙홀은 어디로 갔을까?

이상한 점은 블랙홀이 실제로 위치해야 하는 곳에서 천문학자들은 지금까지 아무것도 발견하지 못했다는 것이다. 허블 우주 망원경을 사용한 광학 기록이나 전파 망원경을 사용한 검사는 블랙홀의 존재에 대한 명확한 증거를 제공하지 못했다.
Very Large Array는 A2261-BCG의 핵심에서 전파 방출을 감지했지만 5천만 년 전으로 밝혀졌으므로 현재 중력 거인의 존재에 대한 증거는 없다.

▲ 은하 A2261-BCG의 핵심 구조-이것은 초대형 블랙홀이 있어야 하는 곳이다. © NASA / CXC, NASA / STScI, NAOJ / Subaru, NSF / NRAO / VLA

미시간 대학의 카이한 귈테킨(Kayhan Gültekin)과 그의 동료들은 최근 찬드라(Chandra) X-ray 망원경을 사용해 이 수수께끼의 사건을 조사했다. 그들은 일반적으로 블랙홀에 떨어지는 물질에 의해 방출되는 X- 선을 찾았다. 이를 위해 그들은 은하의 중심과 그 주변에 있는 4개의 성단과 오래된 전파 방출이 시작된 지점을 스캔했다.

X-ray 방출 흔적 없음

결과 :

"우리의 분석은 A2261-BCG의 중심, 은하의 광학 중심, 성단 또는 전파 방출의 원점에서 X-선 방출의 점 소스를 보여주지 않는다."

추가 조사에서도 이것이 먼지구름이나 차가운 가스차폐 때문일 수 없음을 시사했다.
천문학자들은 "모든 것은 우리가 A2261-BCG의 중심을 먼지없이 볼 수 있음을 나타낸다"고 말했다.

그러나 일반적인 X-선 방출의 부족을 어떻게 설명 할 수 있을까?
Gültekin과 그의 동료들에 따르면, 이것에 대한 두 가지 옵션이 있다.
"A2261-BCG의 핵심에 100억 개의 태양 질량을 가진 블랙홀이 없거나 아주 적은 물질을 축적한다"고 그들은 설명한다. 후자는 이론적으로 가능하지만, 첫 번째 추측이 정확하다고 가정 할 가능성이 더 높다.

천문학자들은 "증거의 부재가 부재의 증거가 아니더라도 우리의 관측은 이 은하의 중앙 지역에 블랙홀이 없다는 사실에 부합한다"고 말했다.

중력거인이 튕겨 나왔을까?

어디로 갔을까?
대중적인 이론에 따르면, 거의 모든 은하에는 그 발달을 주도하고 별들이 주위를 도는 중앙 블랙홀이 있다. 그러나 이 중심 중력 거인은 은하 충돌 동안 은하 중심에서 분출될 수 있다. 이것은 두 은하의 블랙홀이 합쳐지고 에너지가 비대칭 중력파의 형태로 방출될 때 발생한다.

이 경우 합병으로 인한 블랙홀은 은하의 핵 밖으로 튀어나올 수 있다.
천문학자들은 몇 년 전 먼 퀘이사 근처에서 그러한 사건의 첫 번째 증거를 발견했다.
이러한 튕겨 나온 블랙홀이 실제로 존재하는지 여부는 아직 명확하게 입증되지 않았다.

합병 증거

이 시나리오에 대한 명확한 증거는 은하 A2261-BCG에 대해서도 부족하다.
그러나 천문학자들이 설명하는 것처럼 이 은하가 합병되었다는 증거가 있다.
이것은 은하 중심의 비정상적인 질량과 밀도에 의해 지원되고 다른 한편으로는 핵에 직접 눈에 띄는 간격에 의해 뒷받침된다. 밀도가 높은 별 인구는 중심에서 약 2천 광년 떨어진 곳에서 시작하는 반면 정확한 중심에는 다소 빈 공간이 있다.

이 간격은 모 은하에 있는 두 개의 초 거대 구멍이 합쳐지고 바로 근처에 있는 별들이 바깥쪽으로 밀려났을 때 발생할 수 있다. 주변 코어 영역의 높은 별 밀도는 두 은하의 물질이 그곳에 축적되었다는 사실에서 기인 할 수 있다. 이러한 시나리오는 또한 은하의 중심이 지리적 중심에서 약 2천 2백 광년만큼 이동했다는 사실에 의해 뒷받침될 것이라고 연구원들은 말했다. 

('사라진 블랙홀'을 검색한다.© 찬드라 엑스레이 천문대)

James Webb 우주 망원경에 대한 희망

따라서 천문학자들의 견해로는 약 천만년 전에 은하계 A2261-BCG에서 은하계 재앙이 일어났다는 징후가 있다. 이 경우, 두 개의 중앙 초 거대질량 블랙홀은 은하 충돌 후 합쳐졌지만 중앙 위치에서 멀어졌다. Gültekin과 그의 팀은 ‘사라진’블랙홀이 여전히 이 은하의 중심부 어딘가에 숨겨져 있을 가능성이 있다고 믿고 있다.

▲ 테스트 중인 James Webb 우주망원경 / NASA

▲ Jamws-Webb 우주망원경 위에서 본 모습 https://web.archive.org/web/20100527230418/http://www.jwst.nasa.gov/images_artist13532.html / NASA

▲ 제임스 웹 우주망원경 아래면 / NASA

만약그렇다면 2021년 가을에 발사될 제임스 웹 우주 망원경은 사라진 중력 거인을 추적할 수있을 것이라고 연구원들은 말한다. 이 적외선 망원경의 해상도가 허블이나 찬드라보다 높기 때문이다. 그러나 새로운 망원경이 아무것도 찾지 못하면 A2261-BCG의 블랙홀이 이 은하의 중앙 영역에서 완전히 방출되었음을 나타낼 수 있다.

‘사라진 블랙홀’에 대한 검색은 당분간 계속될 것이다.
(AAS Journals, accepted; arXiv:2010.13980)

출처: Chandra X-ray Observatory

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No Future"

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]