우주 이야기 657 - 별에서 바로 블랙홀로 진화하다.

(This pair of visible-light and near-infrared Hubble Space Telescope photos shows the giant star N6946-BH1 before and after it vanished out of sight by imploding to form a black hole. The left image shows the 25 solar mass star as it looked in 2007. In 2009, the star shot up in brightness to become over 1 million times more luminous than our sun for several months. But then it seemed to vanish, as seen in the right panel image from 2015. A small amount of infrared light has been detected from where the star used to be. This radiation probably comes from debris falling onto a black hole. The black hole is located 22 million light-years away in the spiral galaxy NGC 6946.

Credits: NASA, ESA, and C. Kochanek (OSU))

(The doomed star, named N6946-BH1, was 25 times as massive as our sun. It began to brighten weakly in 2009. But, by 2015, it appeared to have winked out of existence. By a careful process of elimination, based on observations researchers eventually concluded that the star must have become a black hole. This may be the fate for extremely massive stars in the universe.

Credits: NASA, ESA, and P. Jeffries (STScI))

 과학자들이 매우 독특한 블랙홀의 탄생을 관측했습니다. 거대 쌍안 망원경 Large Binocular Telescope (LBT) 및 나사의 허블, 스피처 우주 망원경을 이용해서 태양 질량의 25배에 달하는 별이 초신성 폭발 없이 바로 블랙홀로 진행하는 것을 발견한 것입니다. 

 지구에서 2200만 광년 떨어진 은하인 NGC 6946는 많은 별과 초신성이 발생해서 불꽃놀이 은하라고 불리고 있습니다. 오하이오 주립대학의 크리스토퍼 코샤넥 교수(Christopher Kochanek, professor of astronomy at The Ohio State University)가 이끄는 연구팀은 2009년부터 이 은하에서 N6946-BH1라는 별의 변화를 관측했습니다. 

 당초 N6946-BH1는 태양 질량의 25배 정도 되는 별로 초신성 폭발을 앞둔 것으로 예상되었습니다. 하지만 밝기가 점차 줄어들더니 2015년에는 아예 잘 보이지 않는 수준까지 어두워졌습니다. 연구팀은 이 현상에 대한 연구를 진행한 끝에 이 별이 초신성 폭발 없이 바로 블랙홀이 되었다는 결론을 내렸습니다. 

(동영상) 

 물론 이 연구 결과에 대해서는 더 검증이 필요하긴 하겠지만, 가능성이 없는 것은 아닙니다. 과학자들은 이전부터 거성 가운데 30%까지 초신성 폭발 단계 없이 블랙홀이 된다고 의심하고 있었습니다. 질량이 큰 별에 비해 초신성 폭발의 빈도가 적기 때문입니다. 

 연구팀에 의하면 초거성의 마지막 단계에서 강력한 항성풍으로 주변의 가스를 잃게 되면 결국 초신성 폭발에 필요한 질량을 잃게 되지만, 그래도 남은 핵연료의 잔해만으로도 블랙홀을 만드는 데 필요한 질량 (TOV 한계)를 확보할 수 있다고 합니다. 

 이것이 확실하다면 N6946-BH1 외에도 여러 초거성에서 초신성 폭발 없이 블랙홀이 되는 모습을 관측할 수 있을 것입니다. 물론 정확히 그 순간을 포착하기 쉽지 않겠지만, 이와 같은 현상을 계속해서 관측한다면 무거운 별이 초신성 단계를 거쳐 중성자별이나 블랙홀이 된다는 표준 이론은 수정이 필요하게 될 것으로 보입니다. 

 참고 

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/collapsing-star-gives-birth-to-a-black-hole