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2017년 3월 28일 화요일

우주 이야기 639 - 중력파에 의해 은하 중심에서 밀려난 블랙홀



(The galaxy 3C186, located about 8 billion light years from Earth, is most likely the result of a merger of two galaxies. This is supported by arc-shaped tidal tails, usually produced by a gravitational tug between two colliding galaxies, identified by the scientists. The merger of the galaxies also led to a merger of the two supermassive black holes in their centers, and the resultant black hole was then kicked out of its parent galaxy by the gravitational waves created by the merger. Credit: NASA, ESA, and M. Chiaberge (STScI/ESA))


(This illustration shows how gravitational waves can propel a black hole from the center of a galaxy. The scenario begins in the first panel with the merger of two galaxies, each with a central black hole. In the second panel, the two black holes in the newly merged galaxy settle into the center and begin whirling around each other. This energetic action produces gravitational waves. As the two hefty objects continue to radiate away gravitational energy, they move closer to each other over time, as seen in the third panel. If the black holes do not have the same mass and rotation rate, they emit gravitational waves more strongly in one direction, as shown by the bright area at upper left. The black holes finally merge in the fourth panel, forming one giant black hole. The energy emitted by the merger propels the black hole away from the center in the opposite direction of the strongest gravitational waves. Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI))


 은하 중심은 은하에서 가장 많은 물질이 중력에 의해 모이는 장소이기 때문에 거대 질량 블랙홀이 생성됩니다. 우리 은하에는 태양 질량의 400만배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있으며 외부 은하 가운데는 이보다 더 큰 블랙홀을 지닌 은하도 존재합니다. 보통 이들은 은하 중심에 존재하지만, 예외적인 상황이 발생할수도 있습니다. 대표적으로 은하 충돌이 그런 경우입니다. 


 우주 망원경 과학 연구소와 존스 홉킨스 대학의 마르코 키아버지(Marco Chiaberge of the Space Telescope Science Institute (STScI) and Johns Hopkins University)가 이끄는 연구팀은 허블 우주 망원경 데이터를 이용해서 80억 광년 떨어진 먼 은하에서 독특한 거대 질량 블랙홀을 발견했습니다. 


 3C 186이라고 명명된 퀘이사가 그것으로 놀랍게도 거대 질량 블랙홀이 은하 중심이 아닌 장소에 존재합니다. 더 놀라운 것은 이 블랙홀이 매우 빠른 속도로 이동하고 있다는 것입니다. 이 거대 질량 블랙홀의 질량이 태양의 10억 배에 달한다는 점을 생각하면 상당히 놀라운 사실입니다. 


 과학자들은 이를 설명할 수 있는 합리적 가설은 은하 충돌 과정에서 두 개의 거대 질량 블랙홀이 합쳐지면서 강력한 중력파가 한쪽 방향으로 더 강력하게 방출되는 것이라고 생각하고 있습니다. 두 개의 거대 질량 블랙홀이 은하 중심 부위에서 서로의 중력에 의해 가까워져 충돌하면 초신성 1억개에 해당하는 에너지가 중력파 등의 형태로 방출되게 됩니다. 그런데 이 때 사방으로 비슷한 수준의 에너지가 방출되는 대신 한 쪽으로 강한 에너지가 방출되면 결국 합쳐진 새로운 블랙홀이 한 쪽 방향으로 빠르게 움직이게 되는 것입니다. (두 번째 개념도) 


 이 블랙홀의 이동 속도는 놀랄만큼 빨라서 지구-달 거리를 3분만에 주파할 수 있습니다. 덕분에 현재 위치도 은하 중심에서 3.5만 광년이며 앞으로 2000만년 이내로 은하를 탈출해 공허한 우주 공간을 달리는 괴물이 될 것으로 예상됩니다. 


 이와 같은 독특한 블랙홀은 그 존재 자체로 경이로움이라고 하겠습니다. 물론 빠른 속도로 움직이면서 수많은 별과 가스를 집어먹긴 하겠지만 말이죠. 어쩌면 은하 사이 공간에는 이런 거대 질량 블랙홀이 종종 있을지도 모릅니다. 


 참고 



 The puzzling case of the radio-loud QSO 3C 186: a gravitational wave recoiling black hole in a young radio source? Astronomy & Astrophysics manuscript no. 3c186 www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1706/heic1706a.pdf


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