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- 은하계의 중심에는 주로 블랙홀이 자리하고 있다.
- 은하 J0437+2456 에 있는 블랙홀은 은하속도와 초당 50km 속도 차이 관측돼
- 블랙홀이 융합됐거나 한 쌍이 서로 공전하면서 은하계를 따라 돌고 있다.

천문학자들은 떠돌아다니는 블랙홀을 관찰한다.
초거대 질량 블랙홀은 은하계를 기준으로 움직인다.

천문학자들이 은하 중심에 가만히 앉아있지 않고 움직이는 초거대 블랙홀을 발견했다.
블랙홀의 속도는 은하의 속도와 비교할 때 전파 망원경을 사용한 측정에서 알 수 있듯이 초당 약 50km 정도 차이가 있다. 이 중력 거인이 충돌에 의해 제자리를 잃었거나 이 은하계에서 두 개의 블랙홀이 서로 공전하고 있다는 것을 의미 할 수 있다. 

▲ 이 먼 은하의 중심에 있는 블랙홀은 가만히 있지 않고 움직인다. © Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

일반적으로 모든 은하의 중심에 있는 초거대 질량 블랙홀(은하수의 중심)이 있다.
이 중력 거인은 일반적으로 은하에 비해 움직일 수 없는 성단의 중심을 형성한다.
그러나 중앙 블랙홀이 옆으로 보이거나 심지어 없는 경우도 있다. 은하의 합병은 또한 구조물의 중앙에서 2개 또는 3개의 블랙홀을 맴돌 게 할 수 있다.

볼링공을 발로 차는 느낌?

이제 Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics의 Dominic Pesce와 함께 일하는 천문학자들은 은하계에 블랙홀이 상대적으로 움직이는 드문 경우를 발견했다.
"보통 이러한 초대형 블랙홀은 조용히 앉아있는 것만으로도 만족한다"고 Pesce는 말한다. "무거워서 움직이기 어렵기 때문이다.“

천문학자들은 그러한 중력 거인의 관성을 볼링공을 킥으로 걷어차려는 시도와 비교한다.
축구공과 달리 이것은 성공할 것 같지 않다. “그러나 우리의 경우 이 볼링공은 태양보다 수백만 배 더 무겁다. 이에 상응하는 무거운 것을 찰 수 있는 것이 필요하다.”라고 Pesce는 설명합니다.

속도계로서의 무선 빔

현재 관측된 블랙홀은 약 3백만 개의 태양 질량으로 이루어져 있으며 약 2억 3천만 광년 떨어진 은하 J0437+2456에 위치해 있다. VLBA(Very Large Baseline Array)와 같은 전파 망원경으로 이전에 관찰한 결과 블랙홀과 은하계가 같은 방식으로 움직이지 않음을 알 수 있다. 스펙트럼의 적색 편이에 상당한 편차가 있었다. 그러나 더 정확한 데이터가 부족했다.

따라서 Pesce와 그의 팀은 하와이에 있는 Arecibo 전파 망원경과 Gemini North 망원경의 분광 데이터를 사용하여 J0437 + 2456 및 9개의 다른 은하의 내부 작동을 더 자세히 조사했다. 특히, 그들은 은하 중심에서 가속된 수소 원자에서 나오는 전파 빔을 평가했다.
연구진은 “이 분자증폭기(Maser)는 테스트 입자 역할을 하는데, 그 역학은 블랙홀 주변의 중력 잠재력을 조사하는 데 사용될 수 있다”고 설명했다.

상당한 속도 차이

10개의 중앙 블랙홀 중 9개는 은하계와 관련해 멈춰 있었지만 J0437+2456은 다르다.
새로운 측정으로 블랙홀이 은하에 대해 상대적으로 움직이고 있다는 것을 확인했다.
은하계는 우리의 관점에서 초당 4,860km로 이동하고 있지만 블랙홀의 속도는 초당 4,810km이다. 이것은 블랙홀이 은하계에 비해 초당 약 50km로 움직인다는 것을 의미한다.

Pesce와 그의 팀은 "이러한 결과는 초거대 질량 블랙홀이 은하계의 시스템 속도 측면에서 정지 상태에 있지 않음이 분명하다"고 말했다. 동시에 측정 결과 전체 시스템에 약간의 난류와 불규칙성이 있음이 밝혀졌으며 이는 오래전에 발생하지 않은 장애를 나타낸다.

융합 또는 블랙홀 쌍?

그러나 이 초대형 블랙홀이 움직이는 원인은 무엇일까?
천문학자에 따르면 이에 대한 두 가지 가능한 설명이 있다.
"우리는 두 개의 블랙홀이 합쳐진 여파를 볼 수 있었다" 며 "이런 경우, 합병은 새로운 블랙홀에 반동을 줄 수 있다”고 National Radio Astronomy Observatory의 공동 저자 Jim Condon은 말했다.

그러면 상대적인 움직임은 충돌 지점에서 구멍이 튀어나오거나 중심으로 돌아오는 것을 반영 할 수 있다.
두 번째 가능성은 블랙홀이 실제로 쌍의 일부라는 것이다. 이들은 서로 궤도를 돌며 이에 따라 은하계를 기준으로 이동한다.

"우리가 은하 J0437+245의 중심에서 보는 것은 이 듀오의 한 파트너 일 뿐이고, 다른 하나는 전파 방사를 방출하지 않기 때문에 우리에게 숨겨져 있다"고 Pesce는 말했다.
이 두 가지 시나리오 중 어느 것이 적용되는지 확인하려면 이제 추가 관찰이 필요하다.

(The Astrophysical Journal, 2021; doi: 10.3847/1538-4357/abde3d)
출처: Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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