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우주 이야기 1344 - 25일 주기로 별을 조금씩 흡수하는 블랙홀



 (An optical image of the galaxy in which the new event occurred, taken from archival PanSTARRS data. The X-ray object was located to somewhere inside the white circle, which is about the size a pinhead 100m away would appear. The position of a 2 year old supernova is also shown. Credit: Daniele B. Malesani / PanSTARRS)

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(Now you don't see it, now you do! X-ray images of the same location on the sky before (left) and after (right) Swift J0230 erupted. These images were taken with the X-ray Telescope on-board the Swift satellite. Credit: Phil Evans (University of Leicester) / NASA Swift)

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나사의 스위프트 X선 관측 위성이 25일을 주기로 지구 질량의 3배의 물질을 흡수하는 블랙홀을 관측했습니다. 레스터 대학의 필 에반스 박사 (Dr. Phil Evans of the University of Leicester School of Physics and Astronomy)와 동료들은 지구에서 5억 광년 떨어진 은하인 2MASX J02301709+2836050을 관측하면서 이 은하 중심 블랙홀 주변에서 특이한 현상을 관측했습니다.

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은하 중심 블랙홀이 아닌 옆에서 발생한 갑작스럽게 빛나는 천체가 있었는데, 이후 밝기가 바로 희미해지지 않고 7-10일에 걸쳐 서서히 희미해질 뿐 아니라 25일 주기로 반복된다는 사실을 확인했습니다. 스위프트 데이터와 다른 망원경의 데이터를 종합할 때 Swift J0230라고 명명된 이 천체의 정체는 바로 블랙홀 주변을 타원형으로 공전하는 별이 블랙홀에 가까이 다가설 때마다 질량을 잃는 주기적 TDE (tidal disruption event)인 것으로 생각되었습니다.

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(Watch to learn how an update to NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory allowed it to catch a supersized black hole in a distant galaxy munching repeatedly on a circling star. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center)

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추가적인 분석을 통해 이 주기적인 TDE를 일으키는 블랙홀은 태양 질량의 10,000배에서 100,000배에 달하는 질량을 지닌 중간 질량 블랙홀이라는 사실을 확인할 수 있었습니다. 흡수 당하는 별은 태양 질량의 별로 한 번에 지구 3개 정도의 질량을 흡수당하고 있습니다. 중력에 의해 빨려든 가스는 블랙홀 주변에서 원반 형태로 모여 강착 원반을 형성하며 상당수 물질이 초고온 입자 형태인 제트로 분출됩니다. 이때 온도는 섭씨 200만도에 달해 X선 영역에서 밝게 빛납니다. 덕분에 스위프트 X선 위성이 관측 가능한 것입니다.

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과학자들은 과거에도 TDE를 관측했으나 주로는 은하 중심에 있는 초거대 질량 블랙홀 주변에서 일어나는 현상이었습니다. 이런 블랙홀들은 태양 질량의 100만 배 이상인 경우가 흔합니다. 반면 초신성 폭발의 결과로 생기는 항성 질량 블랙홀은 태양 질량의 수십 배 이하인 경우가 대부분입니다. 그 사이에 있는 중간 질량 블랙홀은 다소 드문 존재이지만, 이렇게 자신의 존재를 드러낼 수 있습니다.

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이번 연구에서 활약한 스위프트 위성은 2004년 발사되어 이제 활약한지가 거의 20년이 되가고 있습니다. 하지만 여전히 X선 천문학의 최선전에서 많은 성과를 내고 있습니다. 허블 우주 망원경처럼 대중들에게 인지도가 높지는 않지만, 스위프트 역시 우주를 탐구하는 인류의 중요한 도구입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-09-ravenous-black-hole-consumes-earths-worth.html

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Phil Evans et al, Monthly quasi-periodic eruptions from repeated stellar disruption by a massive black hole, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02073-y. www.nature.com/articles/s41550-023-02073-y

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