(Artist's impression of black hole surroundings. Credit: European Space Agency)
천문학자들이 블랙홀 주변의 반사광을 이용해서 블랙홀 주변 지형을 파악하는데 성공했습니다. 블랙홀로 흡수되는 물질은 섭씨 수백만도 이상의 고온으로 가열됩니다. 과학자들은 여기서 나오는 X선을 관측해 블랙홀의 존재와 활동성을 파악할 수 있습니다. 하지만 먼 지구에서 관측했을 때 이는 매우 좁은 영역이라서 블랙홀 주변 구조를 확인하는데 어려움이 있었습니다.
캠브리지 대학의 윌리엄 알스톤 박사 (Dr. William Alston from Cambridge's Institute of Astronomy)와 그 동료들은 블랙홀에서 방출되는 X선을 관측하는데서 한 걸음 더 나아가 블랙홀 주변에서 반사되어 나오는 빛을 연구했습니다. 마치 음파가 물체에 부딪혀 반사되는 것처럼 빛 역시 주변 가스에 반사될 수 있는데, 당연히 그 범위는 블랙홀의 제트보다 넓습니다. 연구팀은 이를 이용해서 일종의 반향정위 (echolocation) 방식으로 주변 구조를 연구했습니다.
연구팀은 유럽 우주국 (ESA)의 XMM-Newton 데이터를 이용해 빠른 속도로 밝기가 변하는 활동 은하인 IRAS 13224–3809를 분석했습니다. 2011년부터 2016년 사이 23일간에 걸쳐 측정한 데이터를 분석한 결과 블랙홀 주변의 강착 원반 주변에 형성되는 코로나 (Corona)의 모습을 확인할 수 있었습니다.
블랙홀로 빨려들어가는 물질의 원반인 강착 원반은 강력한 중력에 의해 수백만도 이상의 고온으로 가열되는데, 여기서 나온 수억도 이상의 뜨거운 전자가 형성하는 주변 구조물이 코로나입니다. 태양의 코로나처럼 블랙홀의 코로나 역시 블랙홀 강착 원반 자체보다 훨씬 뜨겁습니다. 연구팀은 코로나의 구조는 물론 빠른 속도로 변화하는 모습 역시 확인할 수 있었습니다.
현재 유럽 우주국은 XMM-Newton X선 관측 위성의 후계자인 아테나 (Athena)를 계획하고 있습니다. 연구팀은 이번에 개발한 새로운 분석 기술을 통해 아테나 관측 위성이 활약할 2030년대에는 블랙홀과 그 주변 구조에 대해서 더 상세한 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
참고
William N. Alston et al. A dynamic black hole corona in an active galaxy through X-ray reverberation mapping, Nature Astronomy (2020). DOI: 10.1038/s41550-019-1002-x
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