(Astronomers have used gravitational lensing to obtain an unprecedented look at a black hole system in the early Universe. An artist's illustration shows how the X-ray light from one of the objects on the left (purple) has been warped by the gravity of an intervening galaxy to produce two sources detected in the Chandra image (dashed square on the right). The light from the fainter object (blue) has been amplified by the galaxy to be as much as 300 times brighter than it would have been without the lensing. The Chandra X-ray image is also shown in the second figure. The two objects are either two growing supermassive black holes, or one black hole and a jet.
Credits: Illustration: NASA/CXC/M. Weiss; X-ray Image (inset): NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al.)
중력 렌즈 효과는 아인슈타인의 상대성 이론에 따라 큰 질량을 지닌 물체 주변에서 빛의 경로가 휘어 렌즈처럼 작용하는 효과입니다. 천문학자들은 은하처럼 큰 천체의 중력 렌즈 효과를 이용해서 아주 멀리 떨어진 은하나 블랙홀을 관측하고 미세한 중력 렌즈 효과를 이용해서 행성처럼 보이지 않는 작은 천체를 찾아낼 수 있습니다.
하버드 스미스소니언 천체물리학 연구소의 댄 슈와츠 (Dan Schwartz (Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian))와 그의 동료들은 나사의 찬드라 X선 위성을 이용해서 매우 독특한 X선 중력 렌즈 효과를 발견했습니다.
X선 역시 다른 전자기파와 마찬가지로 중력의 영향으로 경로가 바뀔 수 있는데, 초점이 잘 맞는 렌즈를 통과하는게 아니라 실제로는 불균일한 중력장의 영향을 받는 만큼 이미지가 왜곡되거나 혹은 여러 개로 나뉘어져 보일 수 있습니다. 찬드라가 포착한 MG B2016+112의 X선 이미지 역시 3개로 연구팀에 따르면 사실은 두 개의 블랙홀에서 나온 X선이 3개로 보이는 것입니다.
이 블랙홀은 무려 120억 광년이나 떨어져 있는데, 사실 한 개가 아니라 두 개의 은하 중심 블랙홀이 가까이에 위치한 것으로 생각됩니다. 아마도 은하가 합체되는 과정에서 중심 블랙홀 두 개가 아직 합쳐지지 않은 경우일 것입니다. 이 가운데 밝은 쪽의 X선은 두 개로 나뉘어 관측되고 있고 어두운 쪽은 무려 300배나 확대되어 찬드라 X선 위성에 포착됐습니다.
이 독특한 중력 렌즈 덕분에 과학자들은 본래대로라면 확인하기 힘들었던 블랙홀 쌍성계의 모습을 관측할 수 있었습니다. 은하 초기에는 지금보다 은하 간 충돌과 합체가 빈번하게 일어났기 때문에 이런 거대 질량 블랙홀 쌍성계가 흔했을 것입니다. 이들은 결국 강한 중력파를 내놓으면서 하나로 합체해 더 거대한 블랙홀로 성장했을 것입니다. 중력 렌즈와 최신 관측 기술의 도움으로 과학자들은 우주 초기의 은하 진화 과정을 알아내고 있습니다.
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