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(This illustration shows NASA’s IXPE spacecraft, at right, observing blazar Markarian 501, at left. A blazar is a black hole surrounded by a disk of gas and dust with a bright jet of high-energy particles pointed toward Earth. The inset illustration shows high-energy particles in the jet (blue). When the particles hit the shock wave, depicted as a white bar, the particles become energized and emit X-rays as they accelerate. Moving away from the shock, they emit lower-energy light: first visible, then infrared, and radio waves. Farther from the shock, the magnetic field lines are more chaotic, causing more turbulence in the particle stream. Credit: NASA/Pablo Garcia)
우주에서 가장 밝은 천체는 블레이저라고 부르는 매우 강력한 은하 중심 블랙홀의 제트 입니다. 강력한 블랙홀의 제트를 정면에서 관측하는 만큼 당연히 먼 거리에서도 관측이 가능하지만, 그 정확한 구조를 확인하는 일은 쉽지 않아 많은 것이 미스터리로 남아 있습니다.
2021년 12월 9일 발사된 나사와 이탈리아 우주국 합작인 IXPE (Imaging X-Ray Polarimetry Explorer) 는 역사상 처음으로 X선 영역 관측만이 아니라 편광 관측이 가능한 우주 천문대로 과학자들의 기대를 모았습니다.
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IXPE는 지난 3월에 3일에 걸처 블레이저인 Markarian 501을 관측하고 두 주 후에 이를 다시 관측했습니다. 그리고 마침내 X선 영역과 다른 영역에서 편광 관측 데이터를 얻어 블레이저의 구조에 대한 결정적인 정보를 얻었습니다.
블레이저의 강력한 X선은 제트에서 나온 고에너지 입자들이 어떤 이유에서 충격파를 이루면서 충동하면서 생긴 것으로 흥미롭게도 X선 다음에는 그보다 에너지가 낮은 가시광선이 나오고 다음에는 적외선이 나오는 식으로 에너지가 방출되었습니다.
충격파가 형성되는 이유에 대해서는 정확히 알 수 없지만, 갑작스러운 압력 변화나 제트의 난기류에 의한 충돌 등이 원인으로 생각할 수 있습니다. 야니스 리오다키스 (Yannis Liodakis, astronomer at FINCA, the Finnish Centre for Astronomy with ESO)가 이끄는 연구팀은 지구에서 초음속 비행시 생기는 충격파 형성과 비슷한 형태를 보여주는 이론적 모델이 관측 결과와 부합하는 것으로 보고 있습니다.
현재 초기 관측 단계인 IXPE가 앞으로 어떤 성과를 거둘지 기대됩니다.
참고
https://phys.org/news/2022-11-nasa-ixpe-black-hole-jet.html
Ioannis Liodakis, Polarized blazar X-rays imply particle acceleration in shocks, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0. www.nature.com/articles/s41586-022-05338-0
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