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2015년 10월 28일 수요일

우주 이야기 385 - 블랙홀 플레어의 비밀



(This diagram shows how a shifting feature, called a corona, can create a flare of X-rays around a black hole. The corona (feature represented in purplish colors) gathers inward (left), becoming brighter, before shooting away from the black hole (middle and right). Astronomers don't know why the coronas shift, but they have learned that this process leads to a brightening of X-ray light that can be observed by telescopes.
Credits: NASA/JPL-Caltech)
 
 
 블랙홀은 강력한 중력으로 인해 한 번 들어가면 빛도 빠져나올 수 없는 천체입니다. 하지만, 역설적으로 블랙홀은 우주에서 가장 밝은 천체이기도 합니다. 블랙홀 자체는 빛을 내지 않지만, 블랙홀로 빨려들어가는 물질이 주변에서 강착원반을 만들면 여기서 마찰에 의해 엄청난 열을 발생시킬 뿐 아니라 양 자전축 방향으로 제트라고 불리는 강력한 물질의 분출을 일으키기 때문입니다.
 
 
 블랙홀의 존재는 대부분 이렇게 생성된 제트와 강착원반 주위에서 발생되는 X 선 등에 의해서 밝혀졌습니다. 물론 이렇게 존재가 증명되는 블랙홀은 대부분 막대한 물질을 주변에서 빨아들이는 블랙홀입니다. 단독으로 조용히 존재하는 블랙홀은 어떻게든 찾아내기 쉽지 않습니다.
 
 
 과학자들은 은하 중심에 있는 거대 질량 블랙홀을 많이 관측했습니다. 우리 은하를 포함해서 은하 중심 블랙홀들은 매우 크고 밝을 뿐 아니라 은하계에서 아주 중요한 역할을 하고 있기 때문입니다. 그리고 동시에 이 블랙홀들에서 여러 가지 재미있는 현상을 발견했습니다. 갑자기 밝기가 증가하는 플레어 역시 마찬가지입니다.
 
 
 나사의 스위프트 위성과 NuSTAR는 X 선 영역에서 블랙홀을 관측해 왔습니다. X선은 수백만도의 높은 온도에서 방출되므로 블랙홀을 관측하기에 가장 제격이기 때문입니다. 물론 블랙홀의 플레어 역시 이들에 의해 관측되었습니다.  
 
 
 캐나다 세인트 마리 대학의 댄 윌킨스 (Dan Wilkins of Saint Mary's University in Halifax, Canada)와 그이 동료들은 이 두 위성의 데이터를 이용해서 블랙홀의 미스터리한 플레어가 아마도 블랙홀 주변의 코로나(corona)와 연관이 있을 것이라는 주장을 내놨습니다.
 
 
 이에 의하면 블랙홀 주변의 고에너지 입자들의 모임인 코로나는 블랙홀의 중력에 의해 블랙홀쪽으로 다가간 후 농축되면서 밝아지면 이후 강력한 제트의 흐름에 의해 뿜어져 나오면서 플레어를 만드는 것으로 보입니다. (위의 그림 참조)  
 
 
 윌킨스는 이 데이터를 근거로 처음으로 플레어를 코로나와 연관해서 생각할 수 있게 되었다고 언급했습니다. (we have been able to link the launching of the corona to a flare)
 
 
 사실 과학자들은 코로나나 제트의 생성 원인에 대해서 아직 확실하게 모르고 있습니다. 코로나의 분포 역시 논란 거리 중 하나였는데, 등대처럼 제트의 축을 따라 있다는 이론과 마치 빵에 바르는 버터처럼 강착 디스크 전체에 퍼져있다는 가설이 모두 있었습니다. 이번 결과는 제트의 축을 따라 존재할 가능성을 더 시사하고 있습니다.
 
 
 이번 연구는 2014년에 있었던 Markarian 335 은하 (대략 3억 2,400만 광년 떨어져있으나 매우 밝은 블랙홀임) 의 플레어를 분석한 결과입니다. 이 데이터 분석 결과는 플레어가 제트와 함께 광속의 20% 수준으로 분출될 수 있다는 것을 시사합니다. 과학자들은 X 선의 스펙트럼을 분석해서 제트와 코로나를 서로 분리해서 관측할 수 있습니다.
 
 
 블랙홀이 아주 밝게 빛날 수 있다는 것은 이제는 놀라운 일은 아닙니다. 과학자들은 계속해서 제트와 코로나의 분포와 존재, 그리고 주변 우주에 미치는 영향에 대해서 연구하고 있습니다.
 
 
 아직도 일반 대중의 인식에서는 블랙홀은 아무것도 빠져나올 수 없는 검은 구멍이지만, 실제로는 강력한 X 선 방출원일 뿐 아니라 강착 원반, 제트, 코로나 같은 다양한 구조를 주변에 가지고 있습니다. 여기에 플레어 같은 현상을 일으키는 역동적인 천체라는 사실은 재미있습니다. 앞으로 블랙홀 주변 구조에 대한 연구가 진행되면 더 흥미로운 사실이 밝혀지리라 예상합니다.
 
 
 참고
 
 
   
 
 

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