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우주 이야기 1455 - 합쳐지기 직전의 거대 블랙홀 듀오


 

(A pair of monster black holes swirl in a cloud of gas in this artist's concept of AT 2021hdr, a recurring outburst studied by NASA's Neil Gehrels Swift Observatory and the Zwicky Transient Facility at Palomar Observatory in California. Credit: NASA/Aurore Simonnet (Sonoma State University))

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나사의 감마선 관측 위성인 스위프트 (Neil Gehrels Swift Observatory)가 엄청난 물질을 흡수하면서 서로 공전하는 거대 블랙홀 듀오를 포착했습니다. 2004년 발사된 후 20년째 관측을 이어가고 있는 스위프트는 X선보다 더 높은 초고온의 물질에서 나오는 감마선을 관측해 인류의 지식을 확장하고 있습니다.

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칠레 발파라조 대학 (University of Valparaíso in Chile)의 천체 물리학자인 로레나 에르난데스-가르시아(Lorena Hernández-García)가 이끄는 국제 과학자팀은 2021년 3월 처음 포착된 AT 2021hdr라는 갑작스러운 밝기 변화 현상을 연구했습니다.

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AT 2021hdr는 최초 캘리포니아 팔로마 천문대의 ZTF (Zwicky Transient Facility)에 의해 관측됐습니다. 이 사견은 인공지능 연구 도구인 ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events)에 의해 포착되었으며 이후 스위프트를 통해 관측됐습니다.

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AT 2021hdr는 10억 광년 떨어진 은하인 2MASX J21240027+3409114 중심 부근에서 발견되었는데, 처음에는 초신성으로 생각되었으나 초신성과 달리 60 - 90일 주기로 갑자기 밝아지는 현상이 나타났습니다. 이는 뭔가 다른 이유가 있음을 시사합니다.

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연구팀은 다른 모든 가능성을 배제하고 가장 가능성 높은 가설이 거대 블랙홀 듀오라는 결론을 얻었습니다. 이 블랙홀 듀오의 질량은 모두 태양의 4000만배로 우리 은하 중심 블랙홀이 10배 수준이며 빛으로 하루 정도 거리인 260억 km 정도 떨어져 있습니다. 상당히 먼 거리 같지만, 질량과 중력을 생각하면 거의 붙어 있는 것과 다름 없는 수준으로 공전 주기도 130일 정도에 불과합니다.

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아마도 이 두 블랙홀은 은하 충돌의 결과로 두 개의 거대 질량 블랙홀이 하나로 합쳐지는 과정에 있는 것으로 보입니다. 예상 충돌 시점은 7만 년 정도로 천문학적 관점에서 보면 거의 충돌이 임박한 것이나 다를 바 없습니다. 충돌 후에는 태양 질량의 4000만 배 정도 되는 하나의 거대 질량 블랙홀로 거듭날 것입니다.

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하지만 그 전에 이 블랙홀 듀오는 주변으로 엄청난 가스를 끌어당기고 있습니다. 끌려온 가스는 엄청난 속도로 회전할 뿐 아니라 두 블랙홀의 중력에 의해 마찰까지 되어 매우 뜨거운 상태입니다. 그리고 뜨거운 가스가 종종 분출하면서 갑자기 밝아지는 것입니다.

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우주에는 이보다 더 극단적인 블랙홀 듀오도 존재할 것입니다. 우주적 스케일이 아니라 인간 입장에서도 충돌이 임박한 블랙홀을 발견하는 날도 올 것으로 생각합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-11-swift-observatory-pair-gas-churning.html

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L. Hernández-García et al, AT 2021hdr: A candidate tidal disruption of a gas cloud by a binary super massive black hole system, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202451305

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