퀘이사가 품어내는 제트의 근원

24억 광년 거리의 퀘이사 3C 273에서 분출하는 제트의 최심부 구조가 국제 밀리미터파 VLBI 관측망과 알마망원경을 조합한 전파관측망에 의해 포착되었다.

最高視力で解き明かすクエーサーから噴き出すジェットのすがた
https://alma-telescope.jp/news/press/3c273jet_202211?doing_wp_cron=1669694426.2547020912170410156250

プレスリリース - 最高視力で解き明かすクエーサーから噴き出すジェットのすがた - アルマ望

거의 모든 은하의 중심에는 태양의 수백만 배에서 수십억 배의 질량을 가진 초대질량 블랙홀이 존재하는데 일부 은하에서는 이 블랙홀에 대량의 가스가 흘러 들어가 막대한 에너지가 해방되고 있다. 그런 은하에서는 중심핵이 매우 밝게 빛나기 때문에 멀리서는 항성과 같은 점광원으로 보인다.

처녀자리의 방향에 있는 전파원 3C 273도 가시광선에서는 항성처럼 보이지만 실은 멀리 떨어진 은하인 것이 1963년에 판명되었다(현재의 추정 거리는 약 24억 광년). 그 이후로 3C 273과 같은 천체는 '퀘이사'라고 불린다. 3C 273은 발견이 빨랐을 뿐만 아니라 우리에게 가장 가까운 퀘이사 중 하나이기 때문에 활발히 관측되어 왔다.

초대질량 블랙홀로 떨어진 가스의 일부는 광속에 가깝게 가속되어 가늘고 좁은 제트구조를 형성한다. 3C 273에도 제트가 있어 오랫동안 연구가 계속되어 왔지만 제트의 형성과정에는 아직 수수께끼가 많다. 그래서 도쿄대학 오키노 다이키 씨 연구팀은 높은 감도와 분해능의 전파관측으로 3C 273 제트의 근원에 다가갔다. "근방에 위치한 3C 273은 퀘이사에서 분출되는 제트를 연구하는데 가장 이상적인 천체로 자세한 관측은 지금까지 할 수 없었다"고 오키노 씨는 밝혔다.

극도로 높은 감도와 공간분해능을 필요로 하는 이번 관측은 대륙을 넘어 몇몇 전파망원경이 연동하는 글로벌 밀리미터파 VLBI 어레이(GMVA)에 칠레의 알마망원경을 조합한 'GMVA+ALMA'라 불리는 관측망에 의해 실현되었다. 이와 병행하여 구미의 전파관측망인 고감도 어레이(HSA)에서도 관측을 실시해 더욱 넓은 촬영범위에서 제트를 포착했다.

각 네트워크에 참가한 망원경을 점으로, 그것들을 연결하는 네트워크를 선으로 시각화(출처:Kazunori Akiyama)

GMVA+ALMA에 의한 이미지에서는 제트의 근원에 가장 가까운 최심부가 처음으로 포착되었다. 그 결과 퀘이사로부터 방출된 가스는 한 번에 좁아지는 것이 아니라 광범위하게 서서히 좁혀지는 것을 알 수 있었다. 압착이 일어나고 있는 영역은 초대질량 블랙홀의 중력이 영향을 주는 영역을 넘어서 훨씬 멀리까지 계속되고 있었다.

3C 273에서 분출하는 제트. (왼쪽)전파관측망 GMVA+ALMA가 포착한 근원으로부터 수광년의 최심부. (중앙)좀 더 광범위를 전파 관측망 HSA로 포착한 화상. (오른쪽)허블우주망원경이 가시광선으로 포착한 3C 273. 10만 광년 이상 떨어진 곳에 도달한 제트가 오른쪽 아래에 보인다.(출처:Hiroki Okino and Kazunori Akiyama; GMVA+ALMA and HSA images: Okino et al.; HST Image: ESA/Hubble & NASA)

"매우 활동적인 퀘이사에서 제트의 강력한 플라즈마 흐름이 광범위하게 점차적으로 좁혀지고 있다는 것은 매우 흥미로운 발견입니다. 이러한 제트의 좁혀진 모습은 근처의 더 어둡고 활동도가 낮은 초대질량 블랙홀에서 지금까지 발견되어 왔습니다. 활동성이 완전히 다른 초대질량 블랙홀에서 어떻게 같은 방식으로 제트가 좁혀지는지가 이번 관측으로 새롭게 떠오른 수수께끼"라고 미 헤이스택천문대의 아키야마 와토쿠 씨는 말했다.

이번 성과는 다양한 초대질량 블랙홀에서 분출하는 제트의 좁히기 과정의 규명을 향해 새로운 문을 여는 것이다. “초대질량 블랙홀에서 분출하는 제트의 최초 발견으로부터 100년 이상이 지났지만 그 형성 메카니즘은 아직 규명되지 않았습니다. ALMA와 GMVA에 의한 이번 관측으로 형성 메카니즘의 이해가 진전했습니다만 앞으로 더 높은 해상도로 관측해 지금까지 이상으로 깊은 이해를 목표로 하고 싶다"고 국립천문대 알마프로젝트 나가이 요 씨는 말했다.