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우주 이야기 1427 - 은하계가 빠른 죽음을 피하는 비결



 (An artist's impression showing bi-polar jets of gas originating from a supermassive black hole at the center of a galaxy. Credit: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO))




(Two different examples of the simulation of one side of symmetric bi-polar jets, where pressure ripples spread out across the extra-galactic medium. Shown here are pressure variations using a red-temperature color scale (dark=low pressure, light=high pressure). Each jet enters from the left with a pressure that rapidly falls as it pushes against the ambient medium. The axes are non-dimensional distance scales. Credit: C Richards/MD Smith/University of Kent)

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(The sound waves (ripples) in the hot gas that fills the Perseus cluster are shown in this artist's impression. They are thought to have been generated by cavities blown out by jets from a supermassive black hole (bright white spot) at the center of the galaxy. Credit: NASA/NASA/CXC/M.Weiss)

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은하 중심에 있는 거대 질량 블랙홀은 강력한 중력으로 은하 전체에 영향을 미칩니다. 블랙홀의 중력권에 가까운 별에만 영향을 미치는 것이 아니라 은하 전체의 물질 분포에 영향을 미치기 때문입니다. 켄트 대학의 대학원생인 칼 리차드 (Carl Richards)와 동료들은 이 거대 질량 블랙홀이 마치 심장과 폐 같은 역할을 하면서 은하의 조기 사망을 막고 현재 우리가 보는 것 같은 형태의 은하계를 만든 원리를 밝혀냈습니다.

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블랙홀이 온 몸의 피를 순환시키는 심장처럼 은하계의 물질을 끌어 모은다면 이를 은하와 은하 주변 공간으로 방출하는 역할을 제트가 맡습니다. 블랙홀로 빨려들어간 물질 중 상당수는 사실은 사상의 지평면 아래로 사라지는 것이 아니라 블랙홀의 강한 자기장에 의해 제트의 형태로 양 방향으로 뿜어 나갑니다.

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연구팀은 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이 제트가 과거 생각한 것처럼 일직선으로 나가는 단조로운 아광속 물질의 흐름이 아니라 마치 호흡처럼 주변 물질과 반응하면서 주기적으로 방출 속도가 달라진다는 점을 보여줬습니다. 그리고 이와 같은 호흡 혹은 맥박 현상은 페르세우스 은하단에서 실제로 관측된 바 있습니다.

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(This clip shows a supersonic jet generating a "bellows-like action", by receiving pulses from its black hole "heart", causing it to expand and contract "like an air-filled lung", "breathing out warm air" (pressure ripples) into its surroundings. The graph axes are non-dimensional distance scales. Credit: C Richards/MD Smith/University of Kent)

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은하 중심 블랙홀의 제트에 의해 물결처럼 나오는 물질은 주변의 은하 주변으로 흩어진 후 다시 흡수되는 순환을 거치게 됩니다. 그리고 한 번에 많은 물질이 별을 생성하는 일을 막아 현재 우리가 보는 은하처럼 안정적인 형태를 만들게 됩니다. 만약 이런 기전이 없다면 가스들이 모두 뭉쳐 수명이 짧은 밝은 별이 된 후 상당수 별이 사라져 별이 거의 없는 은하가 되었을지도 모릅니다.

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은하 중심 블랙홀은 모든 것을 집어 삼키는 괴물보다는 은하계의 심장과 폐 같은 기능을 하는 중요한 부분으로 은하 전체의 성장과 형태에 영향을 미치고 있습니다. 이들이 없다면 현재 우리가 보는 우주는 지금과 많이 달랐을지도 모르고 어쩌면 우리 인간도 없었을지도 모릅니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-07-reveals-galaxies-early-death.html

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Carl Richards et al, Simulations of Pulsed Over-Pressure Jets: Formation of Bellows and Ripples in Galactic Environments, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae1498

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