(Astronomers have found the most massive stellar black hole in our galaxy, thanks to the wobbling motion it induces on a companion star. This artist's impression shows the orbits of both the star and the black hole, dubbed Gaia BH3, around their common center of mass. This wobbling was measured over several years with the European Space Agency's Gaia mission. Additional data from other telescopes, including ESO's Very Large Telescope in Chile, confirmed that the mass of this black hole is 33 times that of our sun. The chemical composition of the companion star suggests that the black hole was formed after the collapse of a massive star with very few heavy elements, or metals, as predicted by theory. Credit: ESO/L. Calçada)
블랙홀은 질량에 따라 크게 두 가지 형태로 나눌 수 있습니다. 무거운 별이 최후를 맞이한 후 생기는 항성 질량 블랙홀과 은하 중심에 있는 거대 질량 블랙홀 (SMBH)이 그것입니다. 사실 그 사이에 있는 중간 질량 블랙홀도 있지만, 숫적으로 보면 이 둘, 특히 항성 질량 블랙홀이 대부분을 차지한다고 할 수 있습니다.
당연한 이야기지만, 항성 질량 블랙홀은 무거워봐야 사실 태양 질량의 수십 배 수준을 넘어서지 못합니다. 초신성 폭발 시 상당한 질량을 잃기 때문입니다. 지금까지 우리 은하에서 발견된 가장 무거운 항성 질량 블랙홀인 백조자리 X-1 (Cygnus X-1)도 태양 질량의 21배 수준입니다.
하지만 프랑스 국립 과학 연구센터의 파리 천문대의 파스퀠라 파누조(Pasquale Panuzzo, an astronomer at the Observatoire de Paris, part of France's National Center for Scientific Research (CNRS))가 이끄는 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 관측 데이터를 리뷰 하던 도중 생각보다 가까운 위치에 지금까지 우리 은하에서 발견된 것 가운데 가장 큰 항성 질량 블랙홀이 숨어 있었다는 사실을 발견했습니다.
가이아 BH3 혹은 BH3라고 명명된 이 새로운 블렉홀은 가이아 데이터와 함께 유럽 남방 천문대의 VLT 망원경에 설치된 Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES)를 이용해 그 존재가 확인되었습니다. BH3의 질량은 태양 질량의 33배이고 거리는 상대적으로 가까운 2000광년 정도입니다.
(동영상)
(설명 영상)
2000광년이면 그렇게 가깝지 않은 것처럼 느껴지지만, 사실은 지구에서 두 번째로 가까운 블랙홀이며 백조자리 X-1과 비교해서 3배나 가까운 거리에 있습니다. 하지만 이 거리에서 흡수하는 물질이 적은 블랙홀은 방출하는 에너지가 없어 관측이 어렵습니다. BH3를 관측할 수 있었던 것은 이 블랙홀의 영향을 받는 동반성의 움직임 덕분이었습니다.
과학자들은 이렇게 큰 질량을 지닌 항성 질량 블랙홀이 생기는 이유는 구성 성분 때문이라고 보고 있습니다. 수소와 헬륨보다 무거운 원소가 부족한 무거운 별의 경우 초신성 폭발에서 잃어버리는 질량이 적기 때문입니다. 물론 블랙홀이 되면 모든 물리적 특징은 사라지고 질량만 남기 때문에 이를 직접 증명하기는 어렵지만, 연구팀은 동반성에서 그 단서를 찾아냈습니다.
동반성의 물질 구성은 대개 비슷하기 때문에 아직 사라지지 않은 BH3의 동반성을 조사하면 실제로 무거운 원소가 부족한 별이었는지 알아낼 수 있는 것입니다. 관측 결과는 BH3가 무거운 원소가 적은 별이 남긴 블랙홀이라는 사실을 보여주고 있습니다.
과학자들은 BH3만큼 무거운 항성 질량 블랙홀을 우리 은하 밖에서만 관측했습니다. 따라서 그 정확한 정보를 알아내는데 어려움이 있었습니다. 하지만 BH3의 발견으로 앞으로 항성질량 블랙홀을 자세히 관측할 수 있는 길이 열렸습니다.
이번 발견은 생각보다 가까운 곳에 큰 질량을 지닌 블랙홀이 숨어 있을 가능성을 보여줬습니다. 앞으로 과학자들은 새로운 항성 질량 블랙홀을 찾기 위해 관측을 계속할 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2024-04-massive-stellar-black-hole-galaxy.html
Discovery of a dormant 33 solar-mass black hole in pre-release Gaia astrometry. Astronomy & Astrophysics, 2024. aanda.org/10.1051/0004-6361/202449763
댓글
댓글 쓰기