(ALMA image of the gas around the supermassive black hole in the center of the Circinus Galaxy. The distributions of CO molecular gas and C atomic gas are shown in orange and cyan, respectively. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Izumi et al.)
(Artist’s impression of the gas motion around the supermassive black hole in the center of the Circinus Galaxy. The three gaseous components form the long-theorized “donut” structure: (1) a disk of infalling dense cold molecular gas, (2) outflowing hot atomic gas, and (3) gas returning to the disk. Credit: NAOJ)
(Cross section of the gas around a supermassive black hole simulated with NAOJ’s supercomputer ATERUI. The different colors represent the density of the gas, and the arrows show the motion of the gas. It clearly shows the three gaseous components forming the “donut” structure. Credit: Wada et al.)
은하 중심에 존재하는 거대 질량 블랙홀은 단순히 거대한 블랙홀이 아니라 은하의 진화와 성장에 결정적인 영향력을 행사하는 존재입니다. 특히 블랙홀이 흡수한 물질을 제트의 형태로 뿜어내는 과정이 매우 중요합니다.
일본 국립 천문대(NOAJ)의 타쿠마 이즈미 (Takuma Izumi, a researcher at the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ))가 이끄는 연구팀은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA의 관측 데이터와 일본 국립 천문대의 슈퍼컴퓨터인 Cray XC30 ATERUI의 시뮬레이션 결과를 조합해 블랙홀 주변 환경을 상세히 연구했습니다. 연구 대상은 지구에서 1400만 광년 떨어진 활동성 은하인 컴퍼스 자리 은하 (Circinus Galaxy) 입니다.
연구 결과 흥미롭게도 관측 데이터를 잘 설명해주는 모델은 전통적인 도넛 형태의 물질 분포가 아니라 마치 분수 같은 복잡한 형태라는 점이 드러났습니다. 블랙홀 주변으로 빨려들어가는 물질은 주변에 거대한 고리 같은 원반을 형성하게 되는데, 그 구조 역시 매우 복잡할 수 있다는 것은 이전 연구에서도 알려져 있습니다. 이번 연구에서는 블랙홀에 뿜어져 나오는 제트의 일부가 중력에 의해 다시 이끌려 오는 복잡한 분수 같은 구조도 있다는 것이 밝혀졌습니다. (위에서 두 번째 사진)
물론 블랙홀 주변 환경은 블랙홀마다 모두 동일하지는 않고 크기와 흡수하는 물질의 양에 따라 다를 수 있을 것입니다. 어느 쪽이든 영화나 만화에서 묘사되는 형태보다는 매우 복잡하고 역동적인 천체라고 할 수 있습니다. 앞으로도 이들의 비밀을 풀어내기 위한 연구가 계속될 것입니다.
참고
Takuma Izumi et al. Circumnuclear Multiphase Gas in the Circinus Galaxy. II. The Molecular and Atomic Obscuring Structures Revealed with ALMA, The Astrophysical Journal (2018). DOI: 10.3847/1538-4357/aae20b
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