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[우주] 모든 블랙홀은 과연 검은색일까? 이름에도 불구하고 모든 블랙홀이 검은색인 것은 아니다. 일부 블랙홀은 전혀 검은색이 아니며 과학자들은 가장 밝은 것 중 75,000개를 발견했다.

https://singularityhub.com/2021/12/31/some-black-holes-are-anything-but-black-and-scientists-found-75000-of-the-brightest-ones/

JM Kim | 기사입력 2022/01/03 [00:00]

[우주] 모든 블랙홀은 과연 검은색일까? 이름에도 불구하고 모든 블랙홀이 검은색인 것은 아니다. 일부 블랙홀은 전혀 검은색이 아니며 과학자들은 가장 밝은 것 중 75,000개를 발견했다.

https://singularityhub.com/2021/12/31/some-black-holes-are-anything-but-black-and-scientists-found-75000-of-the-brightest-ones/

JM Kim | 입력 : 2022/01/03 [00:00]

가장 무거운 별이 죽으면 붕괴되어 우주에서 알려진 가장 밀도가 높은 물체인 블랙홀을 형성한다. 빛조차도 엄청나게 강한 중력을 벗어날 수 없기 때문에 그들은 우주에서 "가장 어두운" 물체이다.

 

이 때문에 블랙홀을 직접 이미지화하는 것은 불가능하여 신비하고 상당히 당혹스럽다. 그러나 우리의 새로운 연구는 가장 탐욕스러운 블랙홀을 발견하는 방법을 도로 테스트하여 먼 은하의 심장 깊숙이 묻힌 블랙홀을 더 쉽게 찾을 수 있도록 했다.

 

이름에도 불구하고 모든 블랙홀이 검은색인 것은 아니다. 블랙홀은 다양한 크기로 존재하지만 가장 큰 블랙홀은 은하의 중심에 있으며 여전히 크기가 커지고 있다.

 

"초거대" 블랙홀은 최대 10억 개의 태양의 질량을 가질 수 있다. 2020년 노벨 물리학상을 수상한 궁수자리 A*라고 불리는 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀은 상당히 고요하다. 그러나 모든 초거대질량 블랙홀에 해당하는 것은 아니다.

 

가스, 먼지, 별과 같은 물질이 블랙홀에 너무 가까워지면 엄청난 중력에 빨려들어간다. 블랙홀 쪽으로 떨어지면서 뜨거워지고 엄청나게 밝아진다.

 

"밝은 블랙홀"에 의해 생성된 빛은 X선에서 전파에 이르기까지 전체 전자기 스펙트럼에 걸쳐 있다. 은하 중심에 있는 밝은 블랙홀의 또 다른 이름은 "활성 은하 핵" 또는 AGN이다. 그들은 태양보다 수조 배 더 밝게 빛날 수 있으며 때로는 은하계의 모든 별보다 더 빛날 수 있다.

 

가장 밝은 블랙홀

 

일부 AGN은 우주를 통해 수백만 킬로미터를 여행하며 전파 망원경으로 볼 수 있는 제트를 통해 물질을 격렬하게 분출한다. 다른 것들은 은하의 중심에 "바람"을 일으켜 은하 밖으로 가스(별이 형성되는 데 필요한 연료)를 밀어낼 수 있다.

 

은하 한가운데에 그러한 파괴적인 힘이 있기 때문에 천문학자들은 이것이 은하계 자체에 큰 영향을 미칠 것이라고 확신한다. 우리는 대부분의 은하가 천천히 별 형성 과정을 멈추고 있다는 것을 알고 있으며 AGN이 범인 중 하나일 수 있다.

 

따라서 AGN은 파악하기 어려운 블랙홀을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 블랙홀을 연구하면 은하 자체에 대해서도 알려준다.

 

밝은 블랙홀 찾기

 

블랙홀이 얼마나 많이 "먹고 있는지", 그것이 속한 은하계, 우리가 볼 수 있는 각도에 따라 AGN은 서로 매우 다르게 보일 수 있다. 같은 은하를 바라볼 때에도 X선 망원경을 가진 한 천문학자는 그것이 빛나고 AGN을 발견할 수 있다. 전파 망원경을 사용하는 다른 천문학자는 AGN이 전파 스펙트럼에서 볼 수 있는 제트를 생성하지 않으면 아무 것도 볼 수 없다.

 

이 때문에 그것들은 모두 다른 천체라고 생각했지만, 다른 망원경으로 같은 천체를 관찰함으로써 천문학자들은 그것들이 많은 유사점을 발견하고 그것들을 찾기 위해 더 많은 전자기 스펙트럼을 사용하는 이점을 깨달았다.

 

전자기 스펙트럼의 여러 부분에 걸쳐 있는 은하의 상대적 밝기를 "스펙트럼 에너지 분포"라고 한다. 이것은 은하에 있는 별의 수, 별의 나이, 별의 구성, 빛을 차단하는 먼지의 양을 측정하는 데 사용할 수 있다.

 

Royal Astronomical Society Monthly Notices에 게재된 우리 연구에서 우리는 이 기술이 AGN을 발견하는 데에도 사용될 수 있음을 보여준다. 이것은 우리가 이제 은하계에 있는 별의 속성과 역사뿐만 아니라 중심 블랙홀의 밝기도 측정할 수 있다는 것을 의미한다.

 

간단한 일이 아니다. 별빛과 AGN의 빛의 차이는 매우 미묘하므로 어린 별을 밝은 블랙홀로 혼동하거나 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

 

오스트레일리아의 천문학자들은 오스트레일리아 망원경을 사용하여 하늘의 특정 부분에 있는 은하의 3D 지도를 만들어 왔다. 이 지도를 통해 110억 년의 역사에 걸쳐 수십만 개의 은하를 탐색하여 가능한 AGN을 찾을 수 있다.

 

우리의 새로운 방법을 700,000개 은하에 적용하여 75,000개 이상의 AGN을 식별하고 정량화하여 시간이 지남에 따라 그 수가 어떻게 진화했으며 그들이 호스트 은하에 어떤 영향을 미쳤는지 이해하기 시작했다. 천문학자들은 우주에 있는 AGN의 수가 약 100억년 전에 거의 10배나 더 많은 것으로 알려진 별 형성의 양과 관련이 있다고 생각한다. 그러나 우리 은하 샘플에서 우주 시간에 걸쳐 모든 AGN을 식별했다고 확신할 수 있을 때까지는 확실히 알 수 없다.

 

현재 천문학계는 여전히 활성 블랙홀의 본질에 대해 열렬히 토론하고 있다. 우리는 아직 논쟁을 진정시키는 데 필요한 질문에 대답하지 않았지만 은하계에서 이러한 매혹적인 물체를 안정적으로 발견할 수 있는 데 한 걸음 더 다가갔다. 그리고 그것은 블랙홀의 신비에 대해 더 많은 빛을 비추는 중요한 단계이다.

 

이미지 출처: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al., CC BY-SA

 

 
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