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2016년 3월 23일 수요일

우주 이야기 460 - 퀘이사 주변의 우주 폭풍



(Artist's illustration of turbulent winds of gas swirling around a black hole. Some of the gas is spiraling inward, but some is being blown away. Credit: NASA, and M. Weiss (Chandra X -ray Center))


 퀘이사는 막대한 물질을 흡수하는 은하 중심 거대 질량 블랙홀입니다. 이런 거대 블랙홀들은 주변에 빨려들어가는 물질들의 모임인 강착 원반과 더불어 그 수직 방향으로 방출되는 강력한 제트를 가지고 있습니다. 하지만 이 모습은 사실 더 복잡한 구조를 띄고 있습니다. 


 최근 요크 대학의 제시 로저슨(Jesse Rogerson)을 비롯한 천문학자들은 SDSS (Sloan Digital Sky Survey)의 데이터와 추가 관측을 통해서 퀘이사 주변의 강력한 가스의 흐름을 관측했습니다. 이 강력한 바람은 개념도에서처럼 강착 원반안에서 밖으로 나오는 초고속 물질의 흐름으로 제트와는 별개입니다. 


 블랙홀의 강력한 중력에 의해 빨려들어가는 물질은 블랙홀 주변에 거대한 나선의 흐름을 형성합니다. 이렇게 형성된 강착 원반은 블랙홀의 강력한 중력 때문에 아주 빠른 속도로 회전하면서 초고온으로 가열되어 자외선이나 X선 영역 같은 높은 에너지 영역에서 관측이 가능합니다. 


 그런데 아주 강력한 강착 원반 주변에는 이렇게 가열된 가스들이 오히려 에너지를 얻어 블랙홀 밖으로 빠져나오는 경우도 존재합니다. 마치 게걸스럽게 먹어대는 블랙홀이 음식을 흘리는 것처럼 사실은 가스를 흡수만 하는 것이 아니라 밖으로 내보내기도 한다는 것이죠. 물론 블랙홀의 중력을 탈출하려면 그 속도가 매우 빨라야 합니다. 


 이번에 새로 발견된 고속 가스 가운데는 이제까지 자외선 영역에서 관측한 것 가운데 가장 빠른 가스가 존재했습니다. 속도는 광속의 20% 수준으로 시속 2억km 에 달하는 엄청난 속도입니다. 동시에 이보다 약간 느려서 시속 1.4억km에 달하는 가스의 흐름도 확인되었습니다. 


 이런 강력한 가스의 흐름은 우주 폭풍이라고 불러도 손색이 없는 수준입니다. 재미있는 것은 이렇게 빠른 가스가 은하의 진화에서 중요한 역할을 한다는 것입니다. 


 은하의 중심은 중력에 의해 계속해서 물질이 모이는 장소입니다. 그래서 거대 질량 블랙홀이 성장할 수 있는 것이죠. 하지만 물질이 계속 모이기만 한다면 결국 은하는 하나의 거대한 블랙홀로 발전할지도 모릅니다. 


 하지만 실제로는 은하의 자전과 더불어 이와 같은 고속의 가스의 흐름이 있기 때문에 이런 일을 방지할 수 있습니다. 연구팀은 이와 같은 고속 가스가 없다면 아마도 우리가 알고 있는 형태의 은하는 발전하지 못했을 것이라고 설명했습니다. 


 블랙홀은 보통 무엇이든 흡수하는 괴물처럼 묘사되는 경우가 많습니다. 하지만 실제로는 은하의 진화 및 별의 생성에 매우 중요한 역할을 하고 있습니다. 인간의 생각처럼 괴물은 아니라는 것이죠. 


 참고 


 Jesse A. Rogerson et al. Multi-epoch observations of extremely high-velocity emergent broad absorption, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2016). DOI: 10.1093/mnras/stv3010, http://arxiv.org/abs/1509.02842]. 




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