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* 아인슈타인, 일반 상대성 이론에서 빛이 블랙홀의 뒤쪽에서 편향되어 앞쪽에서 볼 수 있도록
시공간의 강한 곡률이 있어야 한다고 가정
* 블랙홀의 사건 지평선에서 약 6천만 킬로미터 떨어진 곳, 반복적으로 강력한 복사 폭발 생성
* 일반 상대성 이론의 핵심 예측 확인, 블랙홀 주위로 향하는 광자는 후방에서 감지될 수 있다.

블랙홀 뒤에서 나오는 첫 번째 빛
반사되고 전방으로 향하는 X선은 아인슈타인의 상대성 이론을 확인시켜준다.

확인된 이론:
천문학자들이 블랙홀 뒤에서 나오는 빛을 처음으로 관찰했으며, 이것은 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예측된 현상을 보여주었다. 우리를 향하고 있는 초 거대질량 블랙홀의 측면에서 방출된 캡처된 X선 복사는 플라즈마 링에 의해 반사되어 지연돼 전면에 나타나는 방식으로 편향됐다.  

▲ 천문학자들이 처음으로 블랙홀 뒤에서 나오는 복사선을 포착했다. © Dan Wilkins

방사선이나 물질이 블랙홀의 사건 지평선을 지나면 돌이킬 수 없게 삼켜진다.
따라서 블랙홀은 2019년 첫 번째 사진에서 확인된 것처럼 어두운 그림자로 나타난다.
그러나 우리가 흡입 물질로 만들어진 밝은 강착(降着, Accretion) 원반을 옆으로 바라볼 때 블랙홀은 어떻게 생겼을까?

알버트 아인슈타인은 이미 그의 일반 상대성 이론에서 그러한 경우에 빛이 블랙홀의 뒤쪽에서 편향되어 앞쪽에서 볼 수 있도록 시공간의 강한 곡률이 있어야 한다고 가정했다. 우리는 앞면과 뒷면을 동시에 본다. 최근의 시뮬레이션은 두 개의 궤도를 도는 블랙홀의 경우에도 이 효과를 인상적으로 자세히 보여준다.

블랙홀에서 방사선 폭발

이제야 천문학자들이 이 효과를 처음으로 증명하는 데 성공했다.
처음으로 블랙홀 뒤에서 X선을 포착했다. 이 관찰은 XMM-Newton 및 NuStAR X선 망원경을 사용하여 스탠포드 대학의 Dan Wilkins 팀에 의해 이루어졌다. 그들은 8억 광년 떨어진 은하 I Zwicky1에서 초 거대질량 블랙홀을 관찰하기 위해 그것들을 사용했다.

이 블랙홀의 사건 지평선에서 약 6천만 킬로미터 떨어진 곳에서 입사 플라즈마와 강한 자기장 사이의 상호 작용이 반복적으로 강력한 복사 폭발을 생성한다. 이러한 X선 분출은 강착 디스크에 의해 부분적으로 반사된 다음 약간의 지연으로 켜진다.

▲ 먼 쪽의 X선 폭발에서 나오는 복사는 응축 원반(accretion disk, 별 주변에 가스 먼지들로 이루어진 원반)에 의해 반사되고 사건 지평선 주변의 블랙홀 중력에 의해 앞으로 휜다. © ESA

에코와 함께 X선 플래시

Wilkins와 그의 팀은 I Zwicky 1에서 약 2시간 30분 동안 지속된 두 개의 방사선 폭발을 자세히 살펴보았을 때 이상한 점을 발견했다. 이 폭발에서 다양한 부분 섬광의 에너지는 또한 그것이 강착 원반의 다른 부분에 의해 반사되었음에 틀림없다는 것을 나타낸다.

그러나 결정적인 요인은 "X선 플레어를 분석한 결과 블랙홀 뒤쪽에서 방출되는 특성과 일치하는 짧은 광자의 섬광이 드러났다"고 Wilkins와 팀이 보고했다. "이것은 디스크의 반대쪽에서 튀어나오는 가벼운 입자이며 블랙홀 주변의 강한 중력장에 의해 구부러지고 증폭된다."

아인슈타인의 예측 확인

천문학자들이 블랙홀 뒤에서 직접 빛을 관찰한 것은 이번이 처음이다.
그들은 아인슈타인의 이론과 시뮬레이션에 의해 예측된 효과를 증명한다. Wilkins와 그의 동료들은 "새로운 관측은 일반 상대성 이론의 핵심 예측을 확인시켜 준다. 블랙홀 주위로 향하는 광자는 후방에서 감지될 수 있다는 것이다"고 Wilkins와 그의 동료들은 말했다.
(Nature, 2021; doi: 10.1038 / s41586-021-03667-0)
출처: 스탠포드 대학교

[더사이언스플러스]

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