블랙홀 자기장의 첫 번째 이미지
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-03-28 11:42:47
4'00" 읽기
- EHT가 촬영한 새로운 이미지는 최초로 은하수 중심 블랙홀 주변의 자기장을 가시화
- 처음으로 "우리" 블랙홀의 이미지를 포착한 것은 2022년
- 궁수자리 A* 근처에 강력하고 질서정연하며 뒤틀린 자기장이 있음을 확인
거의 모든 은하와 마찬가지로 우리 은하의 중심에는 초대질량 블랙홀이 있다. 그러나 태양 질량이 약 400만 배나 되는 궁수자리 A*는 대부분 비활성 상태이므로 일반 망원경으로는 볼 수 없다. 그것은 주로 은하 중심에 있는 별과 가스의 움직임을 통해 그 존재를 드러낸다.
EHT(Event Horizon Telescope)의 결합 전파 관측소가 처음으로 "우리" 블랙홀의 이미지를 포착한 것은 2022년이었다. 조금 후에 무선 데이터는 사건의 지평선 주위의 뜨거운 플라즈마의 움직임과 회전에 대한 첫 번째 징후를 제공했다.
편극화된 방사선은 자기장을 드러낸다.
EHT 협력의 천문학자들은 은하수 중심 블랙홀 주변의 자기장을 가시화하는 데 처음으로 성공했다. 이는 이러한 자기장이 빛나는 플라즈마 링에서 방출되는 무선 방사선에 영향을 미치고 전자기 방사선의 진동 방향을 변경하기 때문에 가능했다. Harvard Black Hole Initiative의 Angelo Ricarte는 “블랙홀 근처의 뜨겁고 빛나는 가스에서 나오는 편광을 측정함으로써 자기장의 구조와 강도를 추론할 수 있다”고 설명했다.
그러나 궁수자리 A*의 편광을 매핑하는 것은 쉽지 않다. 더 크고 훨씬 조용한 초대질량 블랙홀 M87*과 달리 은하수 중심 블랙홀은 불안정하고 훨씬 빠르게 변화한다. 이로 인해 여러 녹음을 함께 결합하기가 어렵다. "궁수자리 A*는 관찰 중에 움직이기 때문에 편광되지 않은 이미지를 만드는 것조차 어려웠다"고 타이페이 Academia Sinica의 Geoffrey Bower는 설명한다. “편광 녹음도 가능하다는 사실에 안도감을 느꼈다.”
강력하고 뒤틀린 필드
새로운 이미지는 블랙홀을 둘러싸고 있는 보이지 않는 자기력을 처음으로 보여준다. 미국 하버드 앤 스미소니언 천체물리학 센터의 사라 이사우(Sara Issaou)는 “이제 우리는 궁수자리 A* 근처에 강력하고 질서정연하며 뒤틀린 자기장이 있음을 확인했다”고 말했다. 플라즈마 링의 하전 입자는 이러한 자기장 주위를 회전하며 진동 방향이 자기장에 수직인 편광 방사선을 생성한다. 이 패턴은 블랙홀이 자기장을 통해 궤도에 있는 물질과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다.
그러나 또한 흥미로운 점은 궁수자리 A*를 1천 배 더 크고 5,500만 광년 떨어진 블랙홀 M87*과 비교하면 밝혀진다는 것이다. 나폴리 페데리코 2세(University of Naples Federico II)의 마리아펠리시아 드 로렌티스(Mariafelicia De Laurentis)는 “질량이 매우 다르고 모은하母銀河가 매우 다른 두 개의 블랙홀 샘플을 통해 이들이 어떻게 동의하고 어떻게 다른지 알아내는 것이 중요하다”고 설명했다. 이제 M87*이 우리 지역의 중력 거인보다 훨씬 크더라도 두 블랙홀의 자기장 구조가 놀라울 정도로 유사하다는 것을 보여준다.
“두 블랙홀 모두 강한 자기장의 증거를 제공한다. 이는 이것이 이러한 유형의 시스템의 보편적이고 아마도 근본적인 특징일 수 있음을 시사한다”고 De Laurentis는 말했다.
블랙홀에는 숨겨진 제트가 있을까?
그러나 비교는 또한 질문을 제기한다. 결국 우리 중심 블랙홀에 제트가 있을 수 있을까? 이러한 고에너지 입자와 방사선의 유출이 궁수자리 A*에서도 발생하는지는 여전히 논란의 여지가 있다. 주요 은하계 남쪽의 전파 망원경이 제트 복사의 희미한 흔적을 발견했지만, 이는 명확하지 않다. De Laurentis는 “M87*에서는 매우 뚜렷한 제트를 관찰했지만, 궁수자리 A*에서는 아직 이를 찾을 수 없었다”고 설명했다.
이제 EHT 이미지는 추가 증거를 제공한다. 제트도 자기 구조에 영향을 미치고 그 반대도 마찬가지이기 때문에 제트 없는 블랙홀의 편광 패턴은 제트가 있는 블랙홀의 편광 패턴과 달라야 한다. 그러나 M87*과 궁수자리 A*의 자기 구조는 놀라울 정도로 잘 일치한다. 이는 비록 다소 약하고 눈에 띄지 않는 제트일지라도 우리 블랙홀이 그러한 제트를 생성한다는 것을 시사할 수 있다.
관찰은 부활절 후에도 계속된다.
2024년 4월로 계획된 Event Horizon Telescope의 다음 관측 캠페인은 이러한 질문과 기타 의문에 대해 더 명확성을 제공할 수 있다. 또한 이번 협력에서는 향후 10년 동안 망원경 네트워크와 관측 대역폭 및 주파수를 여러 차례 확장해 더욱 선명한 이미지를 얻을 수 있도록 계획하고 있다. 이를 통해 궁수자리 A*에 숨겨진 제트가 있는지가 명확해질 수 있다.
출처: 사건의 지평선 망원경, 천체 물리학 센터 | 하버드 및 스미소니언, 유럽 남부 천문대(ESO)
- EHT가 촬영한 새로운 이미지는 최초로 은하수 중심 블랙홀 주변의 자기장을 가시화
- 처음으로 "우리" 블랙홀의 이미지를 포착한 것은 2022년
- 궁수자리 A* 근처에 강력하고 질서정연하며 뒤틀린 자기장이 있음을 확인
블랙홀 자기장의 첫 번째 이미지
사건의 지평선 망원경은 궁수자리 A* 주변의 자기장 구조를 처음으로 보여준다.
보이지 않는 것을 보이게 되다:
사건의 지평선 망원경(EHT)이 촬영한 새로운 이미지는 최초로 은하수 중심 블랙홀 주변의 자기장을 가시화했다. 따라서 궁수자리 A* 주변의 밝은 빛 고리는 전파의 편극화를 통해 알 수 있듯이 강력하고 뒤틀린 자기장에 의해 투과된다. 그러나 놀라운 점은 뚜렷한 제트를 가지고 있음에도 불구하고 블랙홀 M87*과 눈에 띄게 유사점이 있다는 것이다. 우리 블랙홀에도 이전에 인식할 수 없었던 제트가 있는 것은 아닐까?
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| ▲ 이 사건의 지평선 망원경 이미지는 편광된 은하수 중심 블랙홀을 보여준다. 가는 선은 궁수자리 A* 주변의 자기장의 구조에 대한 정보를 제공한다. © EHT Collaboration |
거의 모든 은하와 마찬가지로 우리 은하의 중심에는 초대질량 블랙홀이 있다. 그러나 태양 질량이 약 400만 배나 되는 궁수자리 A*는 대부분 비활성 상태이므로 일반 망원경으로는 볼 수 없다. 그것은 주로 은하 중심에 있는 별과 가스의 움직임을 통해 그 존재를 드러낸다.
EHT(Event Horizon Telescope)의 결합 전파 관측소가 처음으로 "우리" 블랙홀의 이미지를 포착한 것은 2022년이었다. 조금 후에 무선 데이터는 사건의 지평선 주위의 뜨거운 플라즈마의 움직임과 회전에 대한 첫 번째 징후를 제공했다.
편극화된 방사선은 자기장을 드러낸다.
EHT 협력의 천문학자들은 은하수 중심 블랙홀 주변의 자기장을 가시화하는 데 처음으로 성공했다. 이는 이러한 자기장이 빛나는 플라즈마 링에서 방출되는 무선 방사선에 영향을 미치고 전자기 방사선의 진동 방향을 변경하기 때문에 가능했다. Harvard Black Hole Initiative의 Angelo Ricarte는 “블랙홀 근처의 뜨겁고 빛나는 가스에서 나오는 편광을 측정함으로써 자기장의 구조와 강도를 추론할 수 있다”고 설명했다.
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| ▲ 블랙홀에서 나오는 편광 복사는 은하계 중심에 있는 유일한 복사가 아니다. 천문학자들은 또한 은하수와 은하 중심에 있는 먼지의 편광 복사를 고려하고 제외해야 한다. © S. Issaoun/EHT Collaboration |
그러나 궁수자리 A*의 편광을 매핑하는 것은 쉽지 않다. 더 크고 훨씬 조용한 초대질량 블랙홀 M87*과 달리 은하수 중심 블랙홀은 불안정하고 훨씬 빠르게 변화한다. 이로 인해 여러 녹음을 함께 결합하기가 어렵다. "궁수자리 A*는 관찰 중에 움직이기 때문에 편광되지 않은 이미지를 만드는 것조차 어려웠다"고 타이페이 Academia Sinica의 Geoffrey Bower는 설명한다. “편광 녹음도 가능하다는 사실에 안도감을 느꼈다.”
강력하고 뒤틀린 필드
새로운 이미지는 블랙홀을 둘러싸고 있는 보이지 않는 자기력을 처음으로 보여준다. 미국 하버드 앤 스미소니언 천체물리학 센터의 사라 이사우(Sara Issaou)는 “이제 우리는 궁수자리 A* 근처에 강력하고 질서정연하며 뒤틀린 자기장이 있음을 확인했다”고 말했다. 플라즈마 링의 하전 입자는 이러한 자기장 주위를 회전하며 진동 방향이 자기장에 수직인 편광 방사선을 생성한다. 이 패턴은 블랙홀이 자기장을 통해 궤도에 있는 물질과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다.
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| ▲ 초거대 블랙홀 M87*과 궁수자리 A*의 편광 복사 비교. © EHT Collaboration |
그러나 또한 흥미로운 점은 궁수자리 A*를 1천 배 더 크고 5,500만 광년 떨어진 블랙홀 M87*과 비교하면 밝혀진다는 것이다. 나폴리 페데리코 2세(University of Naples Federico II)의 마리아펠리시아 드 로렌티스(Mariafelicia De Laurentis)는 “질량이 매우 다르고 모은하母銀河가 매우 다른 두 개의 블랙홀 샘플을 통해 이들이 어떻게 동의하고 어떻게 다른지 알아내는 것이 중요하다”고 설명했다. 이제 M87*이 우리 지역의 중력 거인보다 훨씬 크더라도 두 블랙홀의 자기장 구조가 놀라울 정도로 유사하다는 것을 보여준다.
“두 블랙홀 모두 강한 자기장의 증거를 제공한다. 이는 이것이 이러한 유형의 시스템의 보편적이고 아마도 근본적인 특징일 수 있음을 시사한다”고 De Laurentis는 말했다.
블랙홀에는 숨겨진 제트가 있을까?
그러나 비교는 또한 질문을 제기한다. 결국 우리 중심 블랙홀에 제트가 있을 수 있을까? 이러한 고에너지 입자와 방사선의 유출이 궁수자리 A*에서도 발생하는지는 여전히 논란의 여지가 있다. 주요 은하계 남쪽의 전파 망원경이 제트 복사의 희미한 흔적을 발견했지만, 이는 명확하지 않다. De Laurentis는 “M87*에서는 매우 뚜렷한 제트를 관찰했지만, 궁수자리 A*에서는 아직 이를 찾을 수 없었다”고 설명했다.
이제 EHT 이미지는 추가 증거를 제공한다. 제트도 자기 구조에 영향을 미치고 그 반대도 마찬가지이기 때문에 제트 없는 블랙홀의 편광 패턴은 제트가 있는 블랙홀의 편광 패턴과 달라야 한다. 그러나 M87*과 궁수자리 A*의 자기 구조는 놀라울 정도로 잘 일치한다. 이는 비록 다소 약하고 눈에 띄지 않는 제트일지라도 우리 블랙홀이 그러한 제트를 생성한다는 것을 시사할 수 있다.
관찰은 부활절 후에도 계속된다.
2024년 4월로 계획된 Event Horizon Telescope의 다음 관측 캠페인은 이러한 질문과 기타 의문에 대해 더 명확성을 제공할 수 있다. 또한 이번 협력에서는 향후 10년 동안 망원경 네트워크와 관측 대역폭 및 주파수를 여러 차례 확장해 더욱 선명한 이미지를 얻을 수 있도록 계획하고 있다. 이를 통해 궁수자리 A*에 숨겨진 제트가 있는지가 명확해질 수 있다.
출처: 사건의 지평선 망원경, 천체 물리학 센터 | 하버드 및 스미소니언, 유럽 남부 천문대(ESO)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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