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- 1964년 발견 된 이중 시스템, 태양 질량의 21배
- 시차 이동 방법으로 새롭게 측정, 7170광년으로 기존 정보보다 더 멀리 있다.
- 거의 빛의 속도에 가까운 회전

Cygnus X-1은 가장 빠른 블랙홀
블랙홀 근처는 더 크고 예상보다 빠르게 회전한다.

급속한 회전 :
블랙홀 Cygnus X-1의 근처는 이전에 알려진 어떤 항성 블랙홀보다 더 빠르게 회전한다.
가능한 최대치에 가깝게 이동한다. 약 21개의 태양 질량을 가진 Cygnus X-1은 이런 시스템에서 블랙홀이 가능하다고 생각했던 것보다 더 거대하다. 전문 저널 "Science"의 연구자들에 따르면 이것은 이전 별에서 비정상적으로 약한 항성풍을 나타낼 수 있다고 한다. 

▲ 이중 계 Cygnus X-1에서 블랙홀은 동반자인 청색 거성으로부터 물질을 빨아들인다. 강력한 엑스레이가 방출된다. © 국제 전파 천문 연구 센터 International Centre for Radio Astronomy Research

사실 Cygnus X-1은 알려진 지 오래됐다.
거대한 별과 블랙홀로 구성된 이중 시스템이 1964년에 발견됐기 때문이다.
당시 시스템의 강렬한 X-선 방사가 감지되었다. 그들의 특징은 파트너 중 하나가 중성자별이든 블랙홀이든 초기에 불분명한, 극도로 조밀한 물체여야 함을 시사했다.

1974년 영국의 물리학자 스티븐 호킹은 미국 동료 킵 손(Kip Thorne)과 함께 블랙홀이 없다고 내기를 걸었다. 그가 틀렸다. Cygnus X-1은 지금까지 발견된 최초의 항성 블랙홀로 간주된다.

전파 망원경에서

밝혀진 바와 같이 Cygnus X-1은 여전히 ​​몇 가지 놀라운 기능을 알려준다.
호주의 ICRAR(International Center for Radio Astronomy Research)의 James Miller-Jones 주변의 천문학자들은 Very Long Baseline Array의 10개의 전파 망원경으로 Cygnus X-1을 관찰했을 때 이것을 발견했다.
목표는 블랙홀과 그 파트너의 정확한 거리와 궤도를 보다 정확하게 결정하는 것이었다.
이전 데이터가 모순되었기 때문이다.

이를 위해 천문학자들은 시차 이동 방법을 사용했다.
"다른 위치에서 물체를 관찰하면 이 물체가 배경에서 얼마나 많이 이동하는지에 따라 거리를 읽을 수 있다"고 Miller-Jones는 설명했다. 따라서 그들은 6일 동안 이중 계(system)의 위치를 ​​추적해 블랙홀의 전체 궤도를 추적하고 데이터를 2011년의 이전 관측치와 비교했다.

이론이 허용하는 것보다 더 무겁다.

결과 :
Cygnus X-1은 이전에 생각했던 것보다 조금 더 멀어졌다.
이것은 우리로부터 약 7,170광년 떨어져 있다. 그것은 또한 별과 블랙홀이 예상보다 무거워 야 한다는 것을 의미한다. 그들의 질량은 별의 밝기와 중력의 상호 작용에 기인하기 때문이다.
이것은 궤도와 별의 회전에서 미묘한 텀블링 움직임에서 볼 수 있다.
천문학자들은 청색 초거성 Cygnus X-1의 별이 40개의 태양 질량이라고 측정했다.

▲ 관측 과정에서 지구의 위치와 블랙홀의 위치가 변하기 때문에 Cygnus X-1이 별 배경에 대한 겉보기 변위는 거리를 나타낸다. © 국제 전파 천문 연구 센터

그러나 놀라운 것은 블랙홀의 질량이다.
연구자들이 보고한 것처럼 약 21개의 태양 질량을 가졌다. 이것은 이전에 태양 질량의 14.8 배라고 생각한 것보다 훨씬 무거울 뿐만 아니라 이중 X-선 시스템에서 그러한 물체에 대해 가능하다고 생각했던 것보다 더 무겁다. "Cygnus X-1의 블랙홀은 태양 질량의 약 60배를 가진 별에서 시작되었을 것"이라고 모나쉬 대학교(Monash University)의 일랴 맨델(Ilya Mandel)은 설명했다.

그러나 천체 물리학적 모델에 따르면, 이중 계의 거대한 별은 블랙홀로 붕괴되기 전에 물질의 상당 부분을 잃어버린다. "이 손실은 물질을 표면에서 우주로 날리는 강한 별 바람(Star wind) 때문이다"라고 Mandel은 설명한다. 이처럼 거대한 블랙홀을 남기기 위해 Cygnus X-1의 전신 별은 모델이 예측한 것보다 별 바람을 통해 물질을 덜 잃었을 것이다.
이제 조정이 필요함에 틀림없다.

블랙홀의 가장 빠른 회전

Cygnus X-1은 또 다른 놀라움을 준비했다. 블랙홀은 매우 빠르게 회전한다.
베이징 국립 천문대(National Astronomical Observatories)의 공동 저자 수에샨 쟈오(Xueshan Zhao)는 "질량과 거리에 대한 새로운 값 덕분에 Cygnus X-1이 엄청나게 빠르게 회전하고 있음을 확인할 수 있었다. 빛의 속도에 매우 가깝게 회전하므로 다른 알려진 블랙홀보다 빠르다"고 보고 했다.

블랙홀이 왜 그렇게 빠르게 회전하는지는 아직 명확하지 않다.
연구진은 이웃 별의 물질을 빨아들여서 추진력을 얻지 못했을 것이라고 가정했다.
왜냐하면 이것은 약 4백만 년 된 것이어서 이 메커니즘을 위한 시간으로 보기에는 너무 적기 때문이다.
따라서 블랙홀이 부모 별의 중심으로부터 빠른 회전을 물려받았을 가능성이 더 크다.
(Science, 2021; doi : 10.1126 / science.abb3363)

출처 : ICRAR (International Center for Radio Astronomy Research)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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