암흑 물질이 항성 블랙홀에 집중되어 있음을 처음으로 증명
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-03-27 11:17:36
3'10" 읽기
- 블랙홀 주변 암흑 물질의 존재를 입증하기 위해 동적 마찰 모델을 사용한 최초의 연구
- 암흑 물질의 축적으로 인한 동적 마찰의 효과는 이 두 쌍성계의 궤도가 왜 그렇게 빠르게 저하되고 있는지 잘 설명할 수 있다.
은하계 사이, 우리 은하수 또는 심지어 태양계에서도 암흑 물질은 우주 어디에나 존재하지만 눈에 보이지 않고 감지하기 어렵다. 그것은 중력 효과와 아직 확인되지 않은 입자가 서로를 소멸시킬 때 발생하는 감마선을 통해서만 자신을 드러낸다. 그러나 동시에 암흑 물질 자체도 중력에 반응하므로 블랙홀의 엄청난 중력에 이끌려야 한다.
이론은 암흑 물질 축적을 예측
이것은 블랙홀 바로 근처에 특히 많은 양의 암흑 물질이 있어야 함을 의미한다. 말하자면 "암흑의 기운"이다. "그러나 지금까지 이러한 이론적 가정을 확인할 수 있는 관찰은 이루어지지 않았다"고 홍콩 교육 대학의 Man Ho Chan과 Lee Chak Man은 설명했다. 무엇보다도 천문학자들은 지금까지 은하 중심의 초대질량 블랙홀 주변에서 감지할 수 있는 과도한 감마선을 감지하지 못했다.
또 다른 징후가 있다. 1943년 초에 천체물리학자이자 나중에 노벨상을 수상한 수브라마니안 찬드라세카르(Subrahmanyan Chandrasekhar)는 암흑 물질의 밀도가 예를 들어 항성 블랙홀과 하나의 별로 구성된 이중성 시스템에서 블랙홀 주위를 도는 천체에도 영향을 미칠 것이라고 가정했다. 블랙홀과 별. 별은 밀도가 높은 암흑 물질의 저항으로 인해 에너지를 잃어야 하고 차례로 궤도를 줄여야 할 것이다.
공전 시간의 설명할 수 없는 급격한 감소
이것은 Chan과 Lee의 연구가 들여다 본 이다. 그들은 각각 항성 블랙홀과 동반자 별로 구성된 두 개의 인근 X-선 쌍성 A0620-00 및 XTE J1118+480의 동작을 분석했다. "이러한 시스템의 관측은 궤도 주기를 포함하여 많은 중요한 물리적 매개변수에 대해 매우 정확한 측정을 제공했다"고 천문학자들은 말했다.
그런데 이상한 점이 발견되었다. 두 동반성 모두 궤도 시간이 놀랍도록 크게 감소했다. 하나의 별은 궤도 주기를 연간 0.6ms(밀리초) 단축하고 두 번째 별은 1.9ms 단축했다. 이 값은 일반적인 물리적 상호 작용에서 예상되는 것보다 훨씬 높다. 일반적인 속도는 연간 0.02밀리초이다. 도대체 그 뒤에 무엇이 있을까? 이전의 가설은 별의 특히 강한 자기장이나 기조력으로 이것을 설명하려고 시도했다. 그러나 두 경우 모두 Chan과 Lee가 설명하는 것처럼 부분적으로만 성공했다.
원인으로 어두운 밀도 피크
따라서 천문학자들은 이제 처음으로 Chandrasekhar의 이론을 채택하고 암흑물질 농도와 관련하여 두 쌍성계의 매개변수를 조사했다. Chan은 "이것은 블랙홀 주변의 암흑 물질의 존재를 입증하기 위해 동적 마찰 모델을 사용한 최초의 연구"라고 설명했다.
두 별의 궤도 주기 단축은 암흑 물질이 존재할 때 예상되는 것과 거의 정확히 일치한다. 계산에 따르면 블랙홀 주변의 암흑 물질은 1.7에서 1.8의 지수 값으로 압축되어야 하며 이는 이 질량의 블랙홀에 대해 가정하는 것과 거의 일치한다. "따라서 암흑 물질의 축적으로 인한 동적 마찰의 효과는 이 두 쌍성계의 궤도가 왜 그렇게 빠르게 저하되고 있는지 잘 설명할 수 있다"고 연구원들은 썼다.
시작일 뿐
두 천문학자의 관점에 따르면 그들의 연구는 항성 블랙홀 주변에 암흑 물질의 밀도 피크가 실제로 있다는 최초의 간접적인 증거를 제공한다. Chan과 Lee는 "이전에는 아무도 그러한 블랙홀 주변에서 밀도가 높은 암흑 물질을 찾지 않았기 때문에 암흑 물질의 동적 마찰 효과가 주목되지 않았다"고 말했다. 이전에는 항상 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀이나 서로 충돌하는 블랙홀에 초점이 맞춰져 있었다.
그러나 현재 연구되고 있는 블랙홀별 X선 이중성은 오랫동안 예측된 효과를 더 잘 나타내는 것으로 보인다. 따라서 이러한 유형의 다른 시스템을 더 자세히 분석할 가치가 있다. 이것은 블랙홀 주변의 암흑 물질 집중을 확인하고 동시에 암흑 물질에 대해 더 많은 것을 밝힐 수 있다. "은하에만 이러한 유형의 다른 이진 시스템이 적어도 18개 있다"라고 Chan은 말했다. "이것은 암흑 물질의 특성에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있다."
(The Astrophysical Journal Letters, 2023; doi: 10.3847/2041-8213/acaafa)
출처: The Education University of Hong Kong
- 블랙홀 주변 암흑 물질의 존재를 입증하기 위해 동적 마찰 모델을 사용한 최초의 연구
- 암흑 물질의 축적으로 인한 동적 마찰의 효과는 이 두 쌍성계의 궤도가 왜 그렇게 빠르게 저하되고 있는지 잘 설명할 수 있다.
블랙홀에서 암흑 물질 스파이크
천문학자들은 암흑 물질이 항성 블랙홀에 집중되어 있음을 처음으로 증명했다.
다크 아우라:
천문학자들은 블랙홀 주변에 암흑 물질이 축적되는 현상, 즉 오랫동안 예측된 현상의 증거를 처음으로 발견했다. 근처에 있는 두 개의 항성 블랙홀 주변의 별은 그러한 암흑 밀도 최고점의 증거를 제공했다. 밀도가 높은 암흑 물질에 의해 속도가 느려지기 때문에 궤도 주기가 가시적 조건에 따라 필요한 것보다 더 많이 감소한다. 이 발견은 이제 암흑 물질의 특성과 행동을 연구할 수 있는 새로운 기회를 열어준다고 팀은 말했다.
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| ▲ 이론에 따르면 암흑 물질은 블랙홀 주위에 축적된다. 천문학자들은 이제 이것에 대한 첫 번째 증거를 발견했을 것이다. © The Education University of Hong Kong |
은하계 사이, 우리 은하수 또는 심지어 태양계에서도 암흑 물질은 우주 어디에나 존재하지만 눈에 보이지 않고 감지하기 어렵다. 그것은 중력 효과와 아직 확인되지 않은 입자가 서로를 소멸시킬 때 발생하는 감마선을 통해서만 자신을 드러낸다. 그러나 동시에 암흑 물질 자체도 중력에 반응하므로 블랙홀의 엄청난 중력에 이끌려야 한다.
이론은 암흑 물질 축적을 예측
이것은 블랙홀 바로 근처에 특히 많은 양의 암흑 물질이 있어야 함을 의미한다. 말하자면 "암흑의 기운"이다. "그러나 지금까지 이러한 이론적 가정을 확인할 수 있는 관찰은 이루어지지 않았다"고 홍콩 교육 대학의 Man Ho Chan과 Lee Chak Man은 설명했다. 무엇보다도 천문학자들은 지금까지 은하 중심의 초대질량 블랙홀 주변에서 감지할 수 있는 과도한 감마선을 감지하지 못했다.
또 다른 징후가 있다. 1943년 초에 천체물리학자이자 나중에 노벨상을 수상한 수브라마니안 찬드라세카르(Subrahmanyan Chandrasekhar)는 암흑 물질의 밀도가 예를 들어 항성 블랙홀과 하나의 별로 구성된 이중성 시스템에서 블랙홀 주위를 도는 천체에도 영향을 미칠 것이라고 가정했다. 블랙홀과 별. 별은 밀도가 높은 암흑 물질의 저항으로 인해 에너지를 잃어야 하고 차례로 궤도를 줄여야 할 것이다.
공전 시간의 설명할 수 없는 급격한 감소
이것은 Chan과 Lee의 연구가 들여다 본 이다. 그들은 각각 항성 블랙홀과 동반자 별로 구성된 두 개의 인근 X-선 쌍성 A0620-00 및 XTE J1118+480의 동작을 분석했다. "이러한 시스템의 관측은 궤도 주기를 포함하여 많은 중요한 물리적 매개변수에 대해 매우 정확한 측정을 제공했다"고 천문학자들은 말했다.
그런데 이상한 점이 발견되었다. 두 동반성 모두 궤도 시간이 놀랍도록 크게 감소했다. 하나의 별은 궤도 주기를 연간 0.6ms(밀리초) 단축하고 두 번째 별은 1.9ms 단축했다. 이 값은 일반적인 물리적 상호 작용에서 예상되는 것보다 훨씬 높다. 일반적인 속도는 연간 0.02밀리초이다. 도대체 그 뒤에 무엇이 있을까? 이전의 가설은 별의 특히 강한 자기장이나 기조력으로 이것을 설명하려고 시도했다. 그러나 두 경우 모두 Chan과 Lee가 설명하는 것처럼 부분적으로만 성공했다.
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| ▲ 항성 블랙홀 주변의 암흑 물질은 예를 들어 쌍성계에서 동반자 별의 속도를 늦춰야 한다. © ESA/NASA, Hubble und Felix Mirabel |
원인으로 어두운 밀도 피크
따라서 천문학자들은 이제 처음으로 Chandrasekhar의 이론을 채택하고 암흑물질 농도와 관련하여 두 쌍성계의 매개변수를 조사했다. Chan은 "이것은 블랙홀 주변의 암흑 물질의 존재를 입증하기 위해 동적 마찰 모델을 사용한 최초의 연구"라고 설명했다.
두 별의 궤도 주기 단축은 암흑 물질이 존재할 때 예상되는 것과 거의 정확히 일치한다. 계산에 따르면 블랙홀 주변의 암흑 물질은 1.7에서 1.8의 지수 값으로 압축되어야 하며 이는 이 질량의 블랙홀에 대해 가정하는 것과 거의 일치한다. "따라서 암흑 물질의 축적으로 인한 동적 마찰의 효과는 이 두 쌍성계의 궤도가 왜 그렇게 빠르게 저하되고 있는지 잘 설명할 수 있다"고 연구원들은 썼다.
시작일 뿐
두 천문학자의 관점에 따르면 그들의 연구는 항성 블랙홀 주변에 암흑 물질의 밀도 피크가 실제로 있다는 최초의 간접적인 증거를 제공한다. Chan과 Lee는 "이전에는 아무도 그러한 블랙홀 주변에서 밀도가 높은 암흑 물질을 찾지 않았기 때문에 암흑 물질의 동적 마찰 효과가 주목되지 않았다"고 말했다. 이전에는 항상 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀이나 서로 충돌하는 블랙홀에 초점이 맞춰져 있었다.
그러나 현재 연구되고 있는 블랙홀별 X선 이중성은 오랫동안 예측된 효과를 더 잘 나타내는 것으로 보인다. 따라서 이러한 유형의 다른 시스템을 더 자세히 분석할 가치가 있다. 이것은 블랙홀 주변의 암흑 물질 집중을 확인하고 동시에 암흑 물질에 대해 더 많은 것을 밝힐 수 있다. "은하에만 이러한 유형의 다른 이진 시스템이 적어도 18개 있다"라고 Chan은 말했다. "이것은 암흑 물질의 특성에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있다."
(The Astrophysical Journal Letters, 2023; doi: 10.3847/2041-8213/acaafa)
출처: The Education University of Hong Kong
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