지구에서 가장 가까운 블랙홀 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2022-11-07 11:28:40
3'50" 읽기
- 처음으로 명확하게 입증된 비활성이고 보이지 않는 항성 블랙홀
- 가이아 BH1이라고 불리는 이 천체, 불과 1,560광년 떨어져 태양과 같은 별 주위 공전
- 블랙홀 동반성의 변형에서 살아남을 수 있었던 방법이 수수께끼
항성 블랙홀은 수명 주기가 끝나는 거대한 별이 처음에 초거성으로 팽창한 다음 초신성으로 폭발할 때 형성된다. 현재 추정에 따르면 우리 은하에만 최소 1억 개의 항성 블랙홀이 있어야 하지만 지금까지 발견된 것은 수십 개에 불과하다. 일부는 충돌로 인한 중력파에 의하거나, 다른 일부는 동반성에서 물질을 빨아들일 때 방출하는 X선에 의해 길을 잃는다.
그러나 우리 은하와 우리 이웃에 있는 항성 블랙홀의 대다수는 어둡고 휴면 상태이므로 망원경으로는 볼 수 없다. 지금까지 그러한 침묵의 블랙홀에 대한 후보는 거의 확인되지 않은 소수에 불과하며, 대부분은 뒤늦게 잘못된 것으로 밝혀졌다. 이는 2020년 발견된 것으로 추정되는 블랙홀 HR 6819에도 적용됐다.
무엇인가를 설명해주는 별 움직임
이제 천문학자들은 황금을 발견했다. 막스 플랑크 천문학 연구소와 하버드-스미소니언 천체 물리학 센터의 카림 엘-바드리가 이끄는 팀이 지구에서 불과 1,560광년 떨어진 항성 블랙홀을 발견했다. 그들은 약 1 태양 질량의 질량을 가진 태양과 같은 별인 동반자의 미묘한 흔들리는 움직임을 기반으로 보이지 않는 물체를 추적했다.
침묵의 블랙홀을 찾기 위해 천문학자들은 최근 발표된 유럽 우주 망원경 가이아의 세 번째 데이터 세트에서 시간이 지남에 따라 궤도와 위치가 약간 변하는 별을 검색했다. 이러한 편향은 보이지 않는 무거운 동반자의 중력 영향을 나타낼 수 있다. 팀은 움직임이 근처의 비활성 블랙홀을 나타낼 수 있는 6개의 후보를 발견했다.
이 후보들을 테스트하기 위해 천문학자들은 또한 하와이의 쌍둥이자리 북쪽 망원경을 포함 여러 지상 기반 망원경으로 6개의 별 시스템을 관찰해 관련된 천체의 움직임과 질량을 좁히기 위해 반경 방향 속도와 광 스펙트럼의 변화를 사용했다.
최초의 독특하게 고요한 블랙홀
이러한 분석은 하나의 후보를 남겼다. 가이아 BH1이라고 불리는 이 시스템은 태양과 같은 별과 더 무거운 보이지 않는 동반자로 구성되어 있다. El-Badry는 "쌍둥이 쌍성이 정상적인 별과 최소한 하나의 비활성 블랙홀을 포함하고 있음을 쌍둥이자리에 대한 우리의 후속 분석에서 분명히 확인했다"며 "우리는 적어도 하나의 블랙홀의 참여 없이 시스템의 관측된 궤도를 설명할 수 있는 그럴듯한 천체 물리학 시나리오를 찾을 수 없었다"고 말했다.
따라서 가이아 BH1은 천문학자들이 설명하는 바와 같이 우리 은하에서 처음으로 명확하게 입증된 침묵하는 항성 블랙홀이다. 새로 발견된 블랙홀은 지구에서 약 1,560광년 떨어져 있다. 이것은 지구에서 가장 가까운 항성 블랙홀로 알려져 있다. X선 방출을 통해 발견된 다음 물체보다 약 3분의 1거리에 있다.
지구와 태양만큼 떨어져 있는 쌍
천문학자들의 측정에 따르면, 가이아 BH1의 보이지 않는 블랙홀의 무게는 약 10태양질량인 반면, 태양과 같은 동반성은 약 1태양질량에 불과하다. 두 물체는 태양에서 지구까지의 거리와 같은 거리에서 서로를 공전한다. El-Badry와 그의 동료들은 "185.6일의 공전 주기를 가진 이 궤도는 알려진 다른 어떤 항성 블랙홀 쌍성보다 더 멀리 있다"고 보고했다.
그들의 분석은 또한 쌍성계가 한때 우리 태양이 그랬던 것처럼 은하수의 주 원반에서 형성되었음을 보여준다. 태양과 같은 별은 이미 수십억 년이 되었으며 블랙홀이나 다른 동반자와 특별한 상호작용의 징후를 보이지 않다. 눈에 띄지 않는다"고 천문학자들은 기술했다.
별은 어떻게 살아남았을까?
그러나 이상한 점은 태양과 같은 별이 동반자에서 블랙홀로의 전환에서 손상 없이 살아남았을 가능성이 없다는 것이다. 천문학자들의 계산에 따르면, 이 선조 별의 무게는 적어도 태양 질량의 20배였을 것이며 따라서 수명이 짧았다. 그것은 작은 동반자의 초기에 있어야 할 것이다.
El-Badry는 "이 시스템이 이중성 시스템 발전을 위한 표준 모델에 맞지 않는다는 점은 흥미롭다. 이것은 이 쌍성이 어떻게 형성될 수 있었는지에 대한 질문을 제기한다." 또한 별이 결과 없이 블랙홀 동반성의 변형에서 살아남을 수 있었던 방법이 수수께끼다. 이 블랙홀의 동반성은 왜 그렇게 정상적인가?
여러 가지 생성 경로 가능
지금까지 천문학자들은 그 별이 어떻게 운명을 벗어났는가에 대해서만 추측할 수 있었다. 그것이 블랙홀에 훨씬 더 가까웠다면, 그것의 존재는 거대한 선조 별의 팽창을 방해하고 그것의 외피를 우주로 조기에 발사했을 수 있이다. 그러나 El-Badry와 그의 팀이 설명하는 것처럼 분명히 그렇지 않았다. 그러나 이 시스템이 성단에서 시작되었다고 생각할 수 있다. 그런 다음 중력 난기류로 인해 더 작은 동반별이 궤도에 진입할 수 있다.
Gaia BH1이 실제로 삼중성 시스템일 가능성도 있다. 이것은 서로가 초거성이 되는 것을 막는 두 개의 밀접하게 공전하는 무거운 별들로 구성되어 있다. 그런 다음 초신성에서 폭발했을 때 두 개의 블랙홀이 형성되어 이제는 서로 너무 가깝게 공전하여 하나로 보인다. 이 특이한 시스템에 대한 자세한 연구는 이것이 사실인지 결정할 수 있다.
후속 관찰에 적합
천문학자들은 "가이아 BH1은 공전 주기가 길고 우리와 매우 가깝기 때문에 알려진 다른 블랙홀 쌍성보다 10배나 더 크게 보인다"고 설명했다. "이것은 간섭계를 사용한 후속 연구를 위한 훌륭한 목표가 된다." X선과 전파 망원경을 사용한 관찰은 이 특이한 시스템에 대한 추가 가치 있는 정보를 제공할 수도 있다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2022; doi: 10.1093/mnras/stac3140)
출처: NOIRLab, Max-Planck-Institut für Astronomie
- 처음으로 명확하게 입증된 비활성이고 보이지 않는 항성 블랙홀
- 가이아 BH1이라고 불리는 이 천체, 불과 1,560광년 떨어져 태양과 같은 별 주위 공전
- 블랙홀 동반성의 변형에서 살아남을 수 있었던 방법이 수수께끼
지구에서 가장 가까운 블랙홀 발견
1,560광년 떨어진 물체, 처음으로 명확하게 감지된 "조용한" 블랙홀
"어두운 것" 발견:
천문학자들이 지구에서 가장 가까운 블랙홀을 발견했다. 이것은 처음으로 명확하게 입증된 비활성이고 따라서 보이지 않는 항성 블랙홀이다. 가이아 BH1이라고 불리는 이 천체는 불과 1,560광년 떨어져 있으며 태양과 같은 별 주위를 공전하고 있다. 그러나 이 쌍이 어떻게 생겨났는지 수수께끼다. 왜냐하면 구멍과 별이 원래 있어야 할 것보다 서로 더 가깝기 때문이다. 블랙홀의 시조 별은 블랙홀이 되기 전에 동반 별을 먹어버렸어야 했다.
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| ▲ 천문학자들이 지구에서 가장 가까운 블랙홀을 발견했다. 그것은 보이지 않지만 가까이서 보면 동반성의 빛을 심하게 왜곡시킬 것이다. © T. Müller/ MPI für Astronomie |
항성 블랙홀은 수명 주기가 끝나는 거대한 별이 처음에 초거성으로 팽창한 다음 초신성으로 폭발할 때 형성된다. 현재 추정에 따르면 우리 은하에만 최소 1억 개의 항성 블랙홀이 있어야 하지만 지금까지 발견된 것은 수십 개에 불과하다. 일부는 충돌로 인한 중력파에 의하거나, 다른 일부는 동반성에서 물질을 빨아들일 때 방출하는 X선에 의해 길을 잃는다.
그러나 우리 은하와 우리 이웃에 있는 항성 블랙홀의 대다수는 어둡고 휴면 상태이므로 망원경으로는 볼 수 없다. 지금까지 그러한 침묵의 블랙홀에 대한 후보는 거의 확인되지 않은 소수에 불과하며, 대부분은 뒤늦게 잘못된 것으로 밝혀졌다. 이는 2020년 발견된 것으로 추정되는 블랙홀 HR 6819에도 적용됐다.
무엇인가를 설명해주는 별 움직임
이제 천문학자들은 황금을 발견했다. 막스 플랑크 천문학 연구소와 하버드-스미소니언 천체 물리학 센터의 카림 엘-바드리가 이끄는 팀이 지구에서 불과 1,560광년 떨어진 항성 블랙홀을 발견했다. 그들은 약 1 태양 질량의 질량을 가진 태양과 같은 별인 동반자의 미묘한 흔들리는 움직임을 기반으로 보이지 않는 물체를 추적했다.
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| ▲ 태양과 같은 동반성이 있는 비활성 항성 블랙홀. © International Gemini Observatory/ NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva, Spaceengine/M. Zamani |
침묵의 블랙홀을 찾기 위해 천문학자들은 최근 발표된 유럽 우주 망원경 가이아의 세 번째 데이터 세트에서 시간이 지남에 따라 궤도와 위치가 약간 변하는 별을 검색했다. 이러한 편향은 보이지 않는 무거운 동반자의 중력 영향을 나타낼 수 있다. 팀은 움직임이 근처의 비활성 블랙홀을 나타낼 수 있는 6개의 후보를 발견했다.
이 후보들을 테스트하기 위해 천문학자들은 또한 하와이의 쌍둥이자리 북쪽 망원경을 포함 여러 지상 기반 망원경으로 6개의 별 시스템을 관찰해 관련된 천체의 움직임과 질량을 좁히기 위해 반경 방향 속도와 광 스펙트럼의 변화를 사용했다.
최초의 독특하게 고요한 블랙홀
이러한 분석은 하나의 후보를 남겼다. 가이아 BH1이라고 불리는 이 시스템은 태양과 같은 별과 더 무거운 보이지 않는 동반자로 구성되어 있다. El-Badry는 "쌍둥이 쌍성이 정상적인 별과 최소한 하나의 비활성 블랙홀을 포함하고 있음을 쌍둥이자리에 대한 우리의 후속 분석에서 분명히 확인했다"며 "우리는 적어도 하나의 블랙홀의 참여 없이 시스템의 관측된 궤도를 설명할 수 있는 그럴듯한 천체 물리학 시나리오를 찾을 수 없었다"고 말했다.
따라서 가이아 BH1은 천문학자들이 설명하는 바와 같이 우리 은하에서 처음으로 명확하게 입증된 침묵하는 항성 블랙홀이다. 새로 발견된 블랙홀은 지구에서 약 1,560광년 떨어져 있다. 이것은 지구에서 가장 가까운 항성 블랙홀로 알려져 있다. X선 방출을 통해 발견된 다음 물체보다 약 3분의 1거리에 있다.
지구와 태양만큼 떨어져 있는 쌍
천문학자들의 측정에 따르면, 가이아 BH1의 보이지 않는 블랙홀의 무게는 약 10태양질량인 반면, 태양과 같은 동반성은 약 1태양질량에 불과하다. 두 물체는 태양에서 지구까지의 거리와 같은 거리에서 서로를 공전한다. El-Badry와 그의 동료들은 "185.6일의 공전 주기를 가진 이 궤도는 알려진 다른 어떤 항성 블랙홀 쌍성보다 더 멀리 있다"고 보고했다.
그들의 분석은 또한 쌍성계가 한때 우리 태양이 그랬던 것처럼 은하수의 주 원반에서 형성되었음을 보여준다. 태양과 같은 별은 이미 수십억 년이 되었으며 블랙홀이나 다른 동반자와 특별한 상호작용의 징후를 보이지 않다. 눈에 띄지 않는다"고 천문학자들은 기술했다.
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| ▲ 새로 발견된 블랙홀 가이아 BH1을 확대한 모습 © T. Müller(MPIA), PanSTARRS DR1(K.C. Chambers et al. 2016), ESA/Gaia/DPAC, CC-by-sa 3.0 IGO |
별은 어떻게 살아남았을까?
그러나 이상한 점은 태양과 같은 별이 동반자에서 블랙홀로의 전환에서 손상 없이 살아남았을 가능성이 없다는 것이다. 천문학자들의 계산에 따르면, 이 선조 별의 무게는 적어도 태양 질량의 20배였을 것이며 따라서 수명이 짧았다. 그것은 작은 동반자의 초기에 있어야 할 것이다.
El-Badry는 "이 시스템이 이중성 시스템 발전을 위한 표준 모델에 맞지 않는다는 점은 흥미롭다. 이것은 이 쌍성이 어떻게 형성될 수 있었는지에 대한 질문을 제기한다." 또한 별이 결과 없이 블랙홀 동반성의 변형에서 살아남을 수 있었던 방법이 수수께끼다. 이 블랙홀의 동반성은 왜 그렇게 정상적인가?
여러 가지 생성 경로 가능
지금까지 천문학자들은 그 별이 어떻게 운명을 벗어났는가에 대해서만 추측할 수 있었다. 그것이 블랙홀에 훨씬 더 가까웠다면, 그것의 존재는 거대한 선조 별의 팽창을 방해하고 그것의 외피를 우주로 조기에 발사했을 수 있이다. 그러나 El-Badry와 그의 팀이 설명하는 것처럼 분명히 그렇지 않았다. 그러나 이 시스템이 성단에서 시작되었다고 생각할 수 있다. 그런 다음 중력 난기류로 인해 더 작은 동반별이 궤도에 진입할 수 있다.
Gaia BH1이 실제로 삼중성 시스템일 가능성도 있다. 이것은 서로가 초거성이 되는 것을 막는 두 개의 밀접하게 공전하는 무거운 별들로 구성되어 있다. 그런 다음 초신성에서 폭발했을 때 두 개의 블랙홀이 형성되어 이제는 서로 너무 가깝게 공전하여 하나로 보인다. 이 특이한 시스템에 대한 자세한 연구는 이것이 사실인지 결정할 수 있다.
후속 관찰에 적합
천문학자들은 "가이아 BH1은 공전 주기가 길고 우리와 매우 가깝기 때문에 알려진 다른 블랙홀 쌍성보다 10배나 더 크게 보인다"고 설명했다. "이것은 간섭계를 사용한 후속 연구를 위한 훌륭한 목표가 된다." X선과 전파 망원경을 사용한 관찰은 이 특이한 시스템에 대한 추가 가치 있는 정보를 제공할 수도 있다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2022; doi: 10.1093/mnras/stac3140)
출처: NOIRLab, Max-Planck-Institut für Astronomie
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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