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우주 이야기 1254 - 죽은 별이 중간 질량 블랙홀의 위치를 알려주다


 

(Astronomers discovered a star being ripped apart by a black hole in the galaxy SDSS J152120.07+140410.5, 850 million light years away. Researchers pointed NASA’s Hubble Space Telescope to examine the aftermath, called AT 2020neh, which is shown in the center of the image. Hubble’s ultraviolet camera saw a ring of stars being formed around the nucleus of the galaxy where AT 2020neh is located. Credit: NASA, ESA, Ryan Foley/UC Santa Cruz)

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우리 은하 중심에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있습니다. 그리고 은하계 곳곳에 태양 질량의 5-100배 정도 되는 항성 질량 블랙홀이 존재합니다. 전자는 은하계의 물질이 몰리는 장소에서 성장한 것이고 후자는 큰 별의 초신성 폭발 이후 생성된 것으로 이 두 가지 형태의 블랙홀이 가장 일반적으로 관측되는 것입니다.

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그러나 과학자들은 이 사이 질량에 속하는 중간 질량 블랙홀도 드물게 확인했습니다. 태양 질량의 수천 배에서 수십만 배 사이의 질량을 지닌 중간 질량 블랙홀 역시 우주에서 중요한 역할을 하는 것으로 생각되지만, 대부분 관측이 어렵다는 점이 문제입니다.

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코펜하겐 대학 닐스 보어 연구소의 샤를로테 앤구스 (Charlotte Angus at the Niels Bohr Institute)가 이끄는 국제 과학자팀은 Young Supernova Experiment (YSE) 서베이 중 중간 질량 블랙홀에 의해 일어나는 별 흡수 현상인 TDE (tidal disruption event)를 확인했습니다.

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이 중간 질량 블랙홀은 지구에서 8억5000만 광년 정도 떨어진 왜소 은하 중심에서 발생했습니다. 아마도 중심 블랙홀을 지나던 작은 별이 흡수되면서 에너지가 플레어처럼 방출되었을 것입니다. 왜소 은하 중심에 있을 것으로 생각되는 중간 질량 블랙홀들은 대부분 흡수하는 물질량이 작아서 현재의 관측 기술로는 관측이 어렵습니다. 따라서 TDE가 이를 관측할 수 있는 드문 기회가 될 수 있습니다.

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현재 거대 질량 블랙홀의 성장에 대한 유력한 가설 중 하나는 우주 초기에 형성된 많은 왜소 은하와 중간 질량 블랙홀이 합체되는 과정에서 성장했다는 것입니다. 하지만, 중간 질량 블랙홀은 관측이 매우 어려워 실제로 입증이 쉽지 않았습니다.

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이번 관측은 켁 망원경 및 허블 우주 망원경 같은 여러 개의 지상 및 우주 망원경 (W. M. Keck Observatory in Hawaii, the Nordic Optical Telescope, UC's Lick Observatory, NASA's Hubble Space Telescope, the international Gemini Observatory, the Palomar Observatory, and the Pan-STARRS Survey at Haleakala Observatory.)을 통해 이뤄졌습니다. 앞으로 TDE를 이용해 여러 개의 중간 질량 블랙홀을 왜소 은하에서 발견할 수 있다면 은하와 우주의 진화를 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

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뭔가 쓰고 보니 별을 제물로 바쳐 연구를 하는 듯 하지만, 이 역시 자연의 순리이고 인간은 그것을 이용해 자연을 이해하려고 노력한다고 볼 수 있을 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2022-11-death-star-reveals-midsize-black.html

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Charlotte Angus, A fast-rising tidal disruption event from a candidate intermediate-mass black hole, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01811-y. www.nature.com/articles/s41550-022-01811-y

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