(This artist’s concept shows a black hole with an accretion disk -- a flat structure of material orbiting the black hole – and a jet of hot gas, called plasma.
Credits: NASA/JPL-Caltech)
물질을 활발하게 흡수하는 블랙홀은 제트(jet)라는 이름의 강력한 물질 분출을 보입니다. 아원자 입자들을 광속에 가까운 속도로 양 방향으로 뿜에내는 것인데, 강착원반 안쪽에서 물질의 이동속도와 온도가 매우 높아지고 자기장 등이 영향을 미치는 것으로 생각되지만 사실 그 정확한 메카니즘에 대해서는 아직도 논쟁이 오가고 있습니다.
이 퍼즐을 풀기 어려운 이유 가운데 하나는 블랙홀로 들어가는 물질이 모이는 원반인 강착 원반 안쪽의 상황을 파악하기 힘든 것에 있습니다. 블랙홀 자체가 흔한 천체가 아니다보니 대부분 지구에서 매우 멀리 떨어져 있고 강착 원반 안쪽의 공간은 상대적으로 매우 작아서 관측이 어려운 것으로 알려져있습니다.
사우샘프턴 대학의 포샥 간디 박사(Poshak Gandhi, lead author of the study and astronomer at the University of Southampton)를 비롯한 천문학자들은 나사의 NuSTAR 관측 위성과 윌리엄 허셜 천문대의 ULTRACAM 장치를 이용해서 지구에서 7800광년 떨어진 V404 Cygni를 관측했습니다.
이 블랙홀은 항성 질량 블랙홀로 동반성에서 물질을 빨아들이면서 제트를 방출하고 있습니다. 연구팀은 블랙홀 주변에서 가열된 물질의 내는 X선과 물질이 움직이는 속도가 약간 차이가 난다는 점을 이용해서 관측을 진행했습니다. 섭씨 수백만도 이상으로 가열된 물질이 내놓는 X선은 빛의 속도로 지구에 도달하지만, 제트를 구성하는 물질은 질량이 있어 빛보다 조금 느리게 움직이는 차이를 분석하는 것입니다. X선은 NuSTAR에서 관측하고 나머지 파장 관측은 ULTRACAM에서 관측했습니다.
X선과 플레어 사이의 0.1초 수준의 차이를 분석한 연구팀은 대략 3만km 정도의 차이가 있다는 점을 발견했습니다. 물론 제트가 발생되는 메카니즘 전체를 이해한 것은 아니지만, 먼 거리와 상대적으로 작은 크기를 고려하면 상당한 정보를 얻어낸 셈입니다.
연구팀은 태양 질량의 수백만배가 넘는 거대 질량 블랙홀에서도 같은 물리학 법칙이 적용될 것으로 보고 있습니다. 앞으로 제트 발생 메카니즘을 설명할 모델을 개발할 때 이 내용이 참고가 될 수 있을 것입니다.
블랙홀의 제트는 블랙홀이 만드는 가장 놀라운 현상입니다. 블랙홀이 물질을 분출할 뿐 아니라 광속에 가까운 속도로 입자를 방출해 밝게 빛나기 때문입니다. 동시에 이 현상이 은하계의 물질 분포에도 영향을 주는 것으로 알려져 있습니다. 앞으로도 이 메카니즘을 구체적으로 이해하기 위한 연구가 계속될 것입니다.
참고
More information: P. Gandhi et al, An elevation of 0.1 light-seconds for the optical jet base in an accreting Galactic black hole system, Nature Astronomy (2017). DOI: 10.1038/s41550-017-0273-3, https://arxiv.org/abs/1710.09838
댓글
댓글 쓰기