두근, 두근....100광년 떨어진 블랙홀과 같은 고동을 나타내는 가스구름의 신비

앞에 보이는 것이 'Fermi J1913+0515'라는 가스구름으로, 뒤에 보이는 것은 'SS433'라는 이름의 마이크로 퀘이사. 둘 다 우리은하에 존재한다 (Image : DESY, Science Communication Lab)

무엇인가가 태어날 조짐 ​​...?

직경 약 10만 광년에 달하는 우리은하에는 대략 2,000억 개의 별이 빛나고 있습니다. 별과 별 사이에는 가스나 먼지가 떠다니고, 고농도의 부분은 성간가스구름이라고 하며, 광대한 은하계 곳곳에 자리잡고 있습니다.

이러한 가스구름 중 하나에서 162일 간격으로 감마선을 방출하고 있는 것이 발견되었다고 합니다. 더욱 놀라운 것은 이 'Fermi J1913+0515'라고 되어있는 가스구름은 100광년 떨어진 곳에 있는 블랙홀의 활동과 훌륭하게 싱크로 하고 있다고 합니다.

8월 17일자로 Nature Astronomy에 게재된 논문이 밝힌 바로는, 10년 이상의 관측데이터를 기초로 독일 · 스페인 · 중국 · 미국의 연구자들이 공동으로 발견했다고 합니다. 어떻게 싱크로하고 있는지, 왜 싱크로 하는지는 아직은 규명되지 않은 것 같습니다.

마이크로 퀘이사의 고동

여름 별자리의 대표 주자, 독수리자리. 그 독수리자리의 부근, 지구에서 1만 5000광년 떨어진 곳에, 육안으로는 보이지 않지만 'SS433'라는 특수한 천체가 확인되고 있습니다.

SS433은 인류가 처음 발견한 '마이크로 퀘이사'. 퀘이사란 은하의 중심에서 소용돌이치는 초거대 블랙홀이 대량의 물질을 삼키면서 빛나고 있는 모습으로, 상하로 뿜어내는 2개의 제트가 특징입니다. 마이크로 퀘이사도 이와 비슷한 구조로 두 개의 제트를 가지고 있습니다.

물론 마이크로 퀘이사에도 블랙홀이 숨어 있습니다. 하지만 퀘이사급의 블랙홀과 비교하면 소형인 것 같습니다. SS433의 블랙홀은 10~20태양질량 정도로 그 옆에는 30태양질량 정도의 항성이 있고, 둘은 중력으로 상호작용하면서 서로를 빙빙 도는 '근접 연성'의 관계에 있습니다.

SS433은 근접 연성. 블랙홀이 인근 별에서 가스를 벗겨내고 있는 모습. (Image : DESY, Science Communication Lab)

작지만 강력한 중력을 가진 SS433 블랙홀은 옆의 별에서 대량의 가스를 벗겨내고 있습니다. 벗겨낸 가스는 마치 목욕 마개를 빼내면 물이 배수구 주변을 소용돌이치며 즉시 빠져나가지 않는 것처럼, 강착원반에 쏟아져, 빙글빙글 돌면서 점차 블랙홀로 떨어져 간다고 연구의 대표저자인 독일의 전자싱크로트론 소속 Jian Li 씨는 설명합니다.

Li 씨에 따르면 그중 일부의 물질이 강착원반에 팅겨져 블랙홀에 떨어지지 않고, 제트로 상하 수직 방향으로 힘차게 분출된다고 합니다.

제트는 단지 물질을 멀리 날려버릴 뿐만 아니라 감마선이나 X선을 대량으로 방출하고 있다고 합니다. 그래서 페르미 감마선 우주망원경으로 관측하면 제트의 모습을 파악할 수 있다고 합니다.

요동치는 제트

SS433의 블랙홀 주변에 펼쳐지는 강착원반은 블랙홀과 항성의 궤도면과 딱 겹치는 것이 아니라, 약간의 차이가 있다고 합니다.

블랙홀이 팽이 모양을 하고 있다고 상상해보십시오. 이 팽이는 빙글빙글 자전하면서 옆의 항성 주위를 공전하고 있는 것입니다만, 축이 기울어져 있기 때문에 돌면서 휘청거림과 비틀거림이 생긴다고 합니다.

천문학에서는 이 비틀거림을 '세차운동'이라고 합니다. 그리고 이 세차운동이 있기 때문에, SS433의 블랙홀에서 분출되는 제트는 나선형을 그린다고 합니다.

요동치는 제트가 나선형을 그리는 모습. (Image : DESY, Science Communication Lab)

Li 씨 연구팀은 이 나선형으로 나타나는 강착원반의 비틀거림이 무려 162. 25일의 주기로 일어나고 있는 것을 발견했습니다. 위에서 언급한 가스구름 'Fermi J1913+0515'이 감마선을 방출하는 시기와 일치합니다.

지난 10년간 페르미 감마선 우주망원경이 관측한 데이터를 조사한 결과, 역시 SS433의 비틀거림과 Fermi J1913+0515의 감마선 방사는 완전히 일치하는 것을 밝혀냈습니다.

이해할 수 없는 점은, SS433에서 방출되는 제트 2개는 모두 Fermi J1913+0515와 교차하지 않는데 어떻게 동기화되느냐는 점입니다

연구자 Li 씨는 SS433에서 유출하고 있는 양자가 Fermi J1913+0515로 작용하고 있는 것은 아닐까? 라는 가설을 세우고 있습니다. 또한 "간섭성을 유지하기 위해서는, SS433과 Fermi J1913+0515 사이에 자기 터널이 연결되어 있다고도 생각할 수 있습니다"라고 덧붙입니다.

출처 참조 번역
ドクン、ドクン…。100光年離れたブラックホールと同じ鼓動を刻むガス雲の神秘
https://www.gizmodo.jp/2020/08/blackhole-causing-heartbeat-100-lightyears-away.html#cxrecs_s

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