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한 쌍의 거대중력에서 방사선 폭발은 "No-Hair-Theorem"을 증명한다.
Spitzer 망원경은 예상 시간에 거의 정확히 4시간 미만의 OJ 287의 방사선 발생을 포착했다.

블랙홀에는 머리카락이 없다.
한 쌍의 거대중력에서 방사선 폭발은 "No-Hair-Theorem"을 증명한다.

먼 은하의 중심에 있는 빛의 파열은 블랙홀에 대한 기본 이론 중 하나인 "No-Hair-Theorem 민 머리카락 정리 혹은 무모(無毛)의 정리(定理)"를 증명한다.
이 이론에 따르면, 그러한 거대중력의 사건 지평은 매끄럽고 질량은 대칭적으로 분포돼 있다. 천문학자들이 OJ 287 은하의 중심에 있는 두 개의 거대한 블랙홀의 상호 작용으로 이 이론을 증명할 수 있었다.

▲ 더 작은 블랙홀은 항상 큰 것의 가스 디스크를 가로지른다. © NASA / JPL-Caltech

블랙홀의 사건 지평은 재발(再發)이 없는 경계로 간주 된다.
이 영역을 넘어서는 물질, 빛 및 기타 모든 정보는 복구할 수 없을 정도로 손실된다.
또 다른 특징도 이것과 밀접한 관련이 있다.
천체 물리학자들은 1960년대 소위 노-헤어-정리를 가정했다. 즉, 외부의 블랙홀은 전하, 질량 또는 각운동량과 같은 기본 특성만 다를 수 있으며 다른 모든 정보는 내부에서 사라졌다.

따라서 사건의 지평선은 마치 대머리처럼 머리가 둥글고 매끄럽게 국부적 차이 없이 완전히 대칭적으로 나타나야 한다.
물리학자 존 아치발드 휠러(John Archibald Wheeler)는 이 이론에 대해 "블랙홀에는 머리카락이 없다"라는 어구를 만들어 냈다. 그러나, 지금까지는 노-헤어-정리가 적용되는지 여부는 부분적으로만 입증되었다. 사건 지평의 “머리카락 없음”을 확인한 관측치가 없었다.

두 거대 중력의 빛나는 춤

그러나 매우 특이한 퀘이사 OJ 287 덕분에 이러한 관측이 이루어지고 있다.
약 40억 광년 떨어져 있는 이 활성 은하에는 중심에 가장 거대한 블랙홀 중 하나가 있다.
거대중력은 180억 개 이상의 태양 질량을 포함한다. 그는 혼자가 아니다.
두 번째 초거대 블랙홀이 약 150개의 태양질량으로 둘러싸고 있다.

작은 블랙홀은 궤도를 따라 12년마다 큰 파트너가 만든 빛나는 가스 디스크와 충돌한다.
이 판유리를 통과할 때마다 막대한 방사능 파열이 발생해 짧은 시간 동안 이 퀘이사가 전체 은하수보다 밝아진다. 그러나 두 개의 블랙홀의 상호 작용이 더 작은 경로를 이동하기 때문에 이러한 발생이 항상 "정확"한 것은 아니다.

▲ 블랙홀 사건의 지평선은 대칭적이며 국소적인 "부딪침" (bumps)"이 없다. 이것은 이제 먼 은하의 중심에서 관측으로 확인한다. © NASA / JPL-Caltech

폭발을 기다리는 중

이것은 패서디나(Pasadena)에 있는 IPAC 연구소의 Seppo Laine 주변의 천문학자들에게 노헤어 정리를 시험할 기회를 주었다. 현재 모델이 올바르다면 몇 시간 내에 다음 방사선 파열을 예측할 수 있어야 한다. 반면, 큰 블랙홀의 사건 지평에 "머리카락"이 있으면 예측이 일치하지 않는다. 그래서 적절한 시간을 보아야만 했다.

예상 시간은 2019년 7월 31일 오전이었다.
그러면 작은 블랙홀은 12년 전과 거의 같은 위치에서 큰 블랙홀의 가스 링을 통과해야 한다. 문제는 2019년 여름에 은하계 OJ 287이 태양의 반대편에 있었기 때문에 지구 표면이나 궤도의 망원경에서는 관측할 수 없다는 것이었다.

운 좋게도, 은하계를 볼 수 있는 망원경이 하나 있었다. : NASA Spitzer Space Telescope. 은하계가 지구로 부터 2억 5천만 킬로미터 이상 떨어져 있기 때문에 태양을 지나쳐 결정적인사건을 포착할 수 있었다.

No-Hair-Theorem(노-헤어-정리) 확인

실제로 Spitzer 망원경은 예상 시간에 거의 정확히 4시간 미만의 OJ 287의 방사선 발생을 포착했다. 이것은 블랙홀의 상호 작용에 대한 모델과, 노-헤어-정리의 유효성을 확인할 수 있게 한다. 라이네(Laine)와 그의 동료들은 "망원경 스피처(Spitzer)의 관측은 우리에게 유명한 노헤어정리의 매개변수적 경계를 알려준다"고 말했다.

예상 교차점에 상대적으로 작은 블랙홀이 정시에 도착하면 큰 파트너의 사건 지평이 큰 질량 불평등이나 다른 "머리카락"을 가질 수 없음을 확인하게 한다. 투르쿠 대학교(University of Turku)의 공동 저자 무리 발토넨(Muri Valtonen)은 “스티븐 호킹(Stephen Hawking)과 다른 사람들이 묘사한 블랙홀이 실제로 존재하는지 여부를 확신할 수 없었기 때문에 이것이 중요하다”고 말했다.

                        (천문학 자들이 OJ 287에서 관찰 한 것.© NASA / JPL-Caltech)

Astrophysical Journal Letters, 2020; doi: 10.3847/2041-8213/ab79a4
출처 : NASA Jet Propulsion Laboratory

[더사이언스플러스=문광주]

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