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HR 6819는 블랙홀이 없는 쌍성계

가장 가까운 블랙홀에 아무 것도 없었다.
별 유물의 추정 신호는 항성 흡혈귀로 돌아간다.

보이지 않는 제3자 없음:
2020년에야 발견된 지구에 가장 가까운 블랙홀은 새로운 관측이 이제 밝혀진 것처럼 사실 하나가 아니다. 그 대신, 쌍성계 HR 6819의 "항성 흡혈귀"의 경우는 잘못된 신호를 생성하는 것으로 보인다. 별 중 하나가 파트너의 거의 모든 봉투를 빨아들였다. 결과적으로, 그것은 비정상적으로 빠르게 회전하고 그것을 느슨하게 둘러싸고 있는 물질은 광 스펙트럼에서 불분명한 특징을 생성한다. 

▲ 2개의 별과 보이지 않는 3분의 1: 근처 시스템 HD 6819에는 항성 블랙홀이 없다. © ESO/L. Calçada

항성 블랙홀은 초신성에서 폭발한 거대한 별의 유물이다.
이러한 점에서 우리의 가까운 우주 환경에 그러한 별의 유물이 있다고 가정하는 것이 합리적이다. 그러나 문제는 블랙홀이 물질을 적극적으로 빨아들이지 않아 복사를 방출하지 않을 때는 보이지 않는다는 것이다. 그러한 침묵의 블랙홀은 탐지하기 어렵다.

숨겨진 동반자 - 여부?

2020년 5월 유럽남부천문대(ESO)의 토마스 리비니우스(Thomas Rivinius)가 이끄는 천문학자들은 "추적에 성공했다"고 보고했다. 불과 1천 광년 거리에 있는 HR 6819 시스템에서 그들은 두 개의 정상적인 별뿐만 아니라 보이지 않는 제3자의 징후도 발견했다. 스펙트럼 데이터에 따르면, 그곳에 있는 별 중 하나는 40일 동안 4태양질량 블랙홀을 공전하고 두 번째 별은 둘 다 더 먼 거리를 공전한다고 연구팀은 해석했다.

얼마 지나지 않아 율리아 보덴스타이너(Julia Bodensteiner)가 이끄는 루벤 가톨릭 대학 팀의 추가 관찰은 이 해석에 의문을 갖게 했다. 그들의 데이터는 HR 6819가 또한 휴면 블랙홀 파트너 없이 밀접하게 공전하는 두 개의 별로 구성될 수 있음을 시사했다. 그러면 빛 스펙트럼의 이상(異狀)은 빠르게 회전하는 Be-별 때문일 것이다. 별은 느슨하고 강하게 복사하는 껍질 잔해로 둘러싸여 있다.

▲ 불포화 MUSE 노출 중 하나를 축소해 생성된 백색광 이미지의 중앙 소스 주변을 잘라냈다. (출처: 관련논문 Fig .1 HR 6819 is a binary system with no black hole. Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy⋆

단서를 위한 새로운 검색

문제는 "기존 데이터의 한계에 도달했기 때문에 두 팀이 제안한 두 시나리오 사이에서 결정하기 위해 다른 관찰 전략을 사용해야 했다"고 KU Leuven의 아비가일 프로스트(Abigail Frost)가 설명했다. 따라서 천문학자 두 팀은 협력하여 칠레에 있는 유럽 남방 천문대의 초대형 망원경에서 MUSE 및 GRAVITY 분광기로 HR 6819를 재조사했다.

관측소의 4개의 결합된 망원경만이 다중 시스템의 특징을 이미지화하는 데 필요한 해상도를 제공했다. 공동 저자인 ESO의 Dietrich Baade는 "VLTI는 두 가지 설명을 구별하는 데 필요한 중요한 데이터를 제공할 수 있는 유일한 시설이다“고 말했다.

Rivinius는 다음과 같이 덧붙였다. “우리가 찾고 있던 시나리오는 매우 명확하고 매우 다르며 올바른 도구를 사용해 쉽게 구분할 수 있는 것이었다. 우리는 시스템에 두 개의 광원이 있다는 데 동의했다. 따라서 문제는 그들이 벗겨진 별 시나리오에서처럼 서로 밀접하게 공전하는지, 아니면 블랙홀 시나리오에서처럼 멀리 떨어져 있는지 다.”

블랙홀 대신 별 뱀파이어

새로운 관찰 결과가 밝혀졌다.
HR 6819 시스템에는 블랙홀이 없는 것으로 보인다. "MUSE는 다른 궤도에 밝은 동반자가 없다는 것을 확인했지만 GRAVITY의 높은 공간 해상도는 지구-태양 거리의 3분의 1에 불과한 두 개의 밝은 광원을 해결할 수 있었다"고 Frost가 말했다. "이 데이터를 통해 우리는 HR 6819가 블랙홀이 없는 쌍성계라는 결론을 내릴 수 있었다.“

스펙트럼 데이터의 이상 현상을 어떻게 설명할 수 있을까?
이전에 Bodensteiner와 그녀의 팀이 의심한 것처럼 이 시스템의 두 파트너 스타 중 하나는 분명히 "뱀파이어 스타"다. 그는 파트너에게서 껍질의 많은 부분을 빨아들였다. Frost는 "교환 후 단계가 너무 짧기 때문에 이러한 ‘교환 후 단계’를 포착하는 것은 매우 어렵다"고 설명했다.

추적은 계속

이 항성계에 침묵의 블랙홀이 숨겨져 있지 않더라도 천문학적인 관점에서 보면 여전히 흥미로운 사례다. 무거운 별의 발달과 중력파 및 격렬한 초신성 폭발과 같은 관련 현상의 출현"이라고 Frost는 말했다.

따라서 천문학자들은 이 항성 흡혈귀의 진화를 더 잘 이해하기 위해 HR 6819를 계속 관찰할 계획이다. 그들은 가까운 블랙홀에 대한 탐색을 포기하지 않았다. "규모 추정치는 우리 은하에만 수천만에서 수억 개의 블랙홀이 있음을 나타낸다"고 Baade는 말했다. 그들 중 하나가 우리의 우주 환경에서도 발견되는 것은 시간문제일 뿐이다.
(Astronomy & Astrophysics, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202143004)
출처: European Southern Observatory (ESO)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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