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- 천문학자들, 우주에서 발생하는 입자와 방사선의 폭격에서 가장 에너지가 넘치는 부분이 블랙홀 근처에서 나온다고 오랫동안 의심해 왔다.
- 32개국 760명 이상의 천문학자와 19개의 천문대가 지원하는 Event Horizon 협력
- 중력 거인을 다중 주파수로 본다.
- 이번 주 6일 밤 동안 결합​​된 망원경은 우리 은하수에 있는 초거대 블랙홀 궁수 자리 A*가 목표

전체 스펙트럼으로 보는 블랙홀
M87*의 다중 주파수 관측은 중력 거인에 대한 고유한 데이터 제공

독특한 컬러 플레이(Color Play) :
처음으로 유명한 블랙홀 M87*과 그 분출(Jet 제트)이 전파에서 감마선에 이르는 전체 전자기 스펙트럼으로 볼 수 있다. 약 760명의 천문학자와 19개의 천문대가 지금까지 가장 큰 공동 캠페인에서 이 데이터를 수집했다. 그들은 초거대 블랙홀의 특징, 분출 및 우주선의 형성에 대한 독특한 통찰력을 갖게 한다. 

▲ 블랙홀 M87*의 이미지 중 3개와 전자기 스펙트럼의 서로 다른 파장에서 제트(jet). © The EHT Multi-wavelength Science Working Group; EHT 협력; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); EVN; EAVN 협력; VLBA (NRAO); GMVA; 허블 우주 망원경; Neil Gehrels Swift 천문대; 찬드라 엑스레이 천문대; 핵 분광 망원경 어레이; Fermi-LAT 협력; H.E.S.S 협력; MAGIC 협력; VERITAS 협력; NASA 및 ESA

5,500만 광년 떨어진 은하 M87의 중심에 있는 블랙홀은 아마도 동종 중 가장 잘 알려져 있을 것이다. 이벤트 호라이즌 망원경 네트워크(EHT, Event Horizon Telescope Network)로 만들어진 M87의 초상화는 2019년 4월에 전 세계에 알려졌다. 블랙홀의 첫 번째 사진이다. 얼마 후에 천문학자들은 알버트 아인슈타인이 예측한 광자 고리, 사건 지평선의 자기장, 사건 지평선의 흔들림 등 다른 세부 사항도 볼 수 있게 했다.

중력 거인의 다중 주파수 보기

이제 32개국 760명 이상의 천문학자와 19개의 천문대가 지원하는 Event Horizon 협력이 강화되고 있다. 그들은 함께 전자기 스펙트럼의 전체 범위에 걸쳐 블랙홀과 입자 및 복사의 격렬한 분출을 매핑하는 데 처음으로 성공했다. 이러한 중력 거인에 대한 최초의 다중 주파수 데이터는 이 650만 개의 태양 질량 블랙홀을 둘러싼 기능과 메커니즘에 대한 전례없는 정보를 제공한다.

일본 국립 천문대의 하다 카즈히로(Kazuhiro Hada)는 "블랙홀의 첫 번째 직접적인 이미지가 획기적이라는 것을 알고 있었다. 그러나 이 놀라운 그림을 최대한 활용하려면 전체 전자기 스펙트럼을 관찰하여 당시 블랙홀의 행동에 대한 모든 것을 알아야 한다"고 말했다.
분출를 가진 초대형 블랙홀에 대한 사상 최대 규모의 동시 관찰 캠페인이다.

본에 있는 막스 플랑크 전파 천문 연구소(Max Planck Institute for Radio Astronomy)의 스테파니 코모사(Stefanie Komossa)는 "이 고유한 데이터 세트는 우리 우주 지역에서 가장 거대한 블랙홀 중 하나 바로 근처의 물리적 조건을 이해하는 데 매우 중요하다"고 말한다.

▲ 이것은 블랙홀 M87*의 첫 번째 사진이지만 전파 스펙트럼에서 중력 거인 만을 보여준다. © Event Horizon Telescope (EHT)

분출(Jet)이 드러내는 것

이러한 관찰은 무엇보다도 그러한 블랙홀이 거대한 입자와 방사선 분출을 생성하는 과정을 해독하는 데 중요하다. 그들은 거의 빛의 속도로 우주로 뛰쳐 나와 에너지와 물질을 먼 거리로 운반한다. 전체 복사 스펙트럼을 포함하는 이러한 분출의 특성은 블랙홀마다 다르며 스핀 및 에너지 유출과 같은 기본 속성에 대한 중요한 정보를 제공한다.

암스테르담 대학의 세라 마르코프(Sera Markoff)는 “입자 가속도를 이해하는 것은 모든 속성에서 EHT 이미지와 제트에 대한 이해의 핵심이다. 이 분출은 블랙홀에서 방출되는 에너지를 호스트 은하보다 더 큰 크기로 전달한다. 얻은 결과는 전달되는 에너지의 양과 블랙홀 분출이 주변 환경에 미치는 영향을 계산하는 데 도움이 될 것이다”고 말했다.

아인슈타인 테스트와 우주선

새로운 데이터는 블랙홀을 넘어서는 천문학적 질문을 명확히 하는 데도 도움이 될 것이다.
사건의 지평선 주위를 도는 물질이 어떻게 행동하고 어떤 방식으로 제트로 분출되는지 알고 있다면 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론도 이전보다 더 잘 확인할 수 있기 때문이다.

또 다른 수수께끼는 우주 방사선의 기원이다.
천문학자들은 우주에서 발생하는 입자와 방사선의 폭격에서 가장 에너지가 넘치는 부분이 블랙홀 근처에서 나온다고 오랫동안 의심해 왔다. 예를 들어, 우주 중성미자는 최근 그러한 중력 거인에서 별의 죽음으로 거슬러 올라간다. 그러나 이 입자들이 에너지로 가속되는 방식과 정확히 이것이 블랙홀에서 일어나는 곳은 아직 열려 있다.

McGill University의 다릴 하가드(Daryl Haggard)는 "현재 그들의 모델이 이 풍부한 관찰 컬렉션과 일치하는지 확인하기 위해 본격적으로 작업하는 여러 그룹이 있다"고 말한다. "우리는 전체 천문학 커뮤니티가 데이터를 사용하여 블랙홀과 제트 사이의 밀접한 관계를 더 잘 이해할 수 있다는 사실에 기쁘다.“

EHT는 이제 "우리"블랙홀을 목표로 한다.

전 세계의 연구팀이 현재 데이터를 평가하기 시작하는 동안 Event Horizon 망원경에 대한 다음 관측 단계가 이미 시작됐다. 이번에는 국내 중력 거인이 초점이다.
이번 주 6일간 밤 동안 결합​​된 망원경은 우리 은하수에 있는 초거대 블랙홀 궁수 자리 A*를 목표로 삼을 것이다.

예일 대학의 미슬레이 발로코비츠(Mislav Balokovic)는 "개선된 EHT로 관측 재개와 결합된 데이터 공개로 인해 많은 흥미로운 새로운 결과를 얻을 수 있었다"고 말했다.

(The Astrophysical Journal, 2021; doi: 10.3847/2041-8213/abef71)
출처 : Chandra X-ray Observatory, Max Planck Institute for Radio Astronomy

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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