2022년 3월 천문학 뉴스: 초대질 블랙홀은 어떻게 형성됩니까? 초대 질량 블랙홀 쌍의 뉴스 관측은 그 기원에 대해 많은 것을 가르쳐 줄지도 모릅니다.


20년 전, 가장 큰 은하 중 일부가 그 중심에 ‘초대 질량 블랙홀’을 가지고 있다는 생각은 큰 발견이었습니다. 그때부터 모든 은하들은 많은 작은 은하조차도 그 질량이 우리 태양의 수천만에서 수십억 배가 될 수있는 그러한 블랙홀을 가지고 있다는 증거가 있습니다. 점점 축적되고 있습니다. 오늘날의 천문학의 주요 문제 중 하나는 초대 질량 블랙홀이 처음 와서 그 주변에 은하를 형성했는지 아니면 은하 형성이 초대 질량 블랙홀의 생성으로 이어질 것인가이다. 그건 그렇고, 이것은 새로운 제임스 웹 우주 망원경이 대답을 돕기 위해 몇 가지 증거를 제공 할 것으로 예상되는 질문입니다.

한때는 퀘이사로 알려져 있었지만, 현재는 활동 은하핵(AGN)으로 불리는 초대 질량 블랙홀은 주변 물질을 먹고 있으며, 우주에서 가장 활기찬 천체입니다. (크레딧: Space.com)

우리가 아는 한 가지는 큰 은하가 작은 은하를 결합하거나 더 많은 경우에 큰 은하가 작은 은하를 찢어서 형성된다는 것입니다. 우리 자신의 은하수는 지난 10억년 동안 5 다스의 작은 은하를 삼킨 것으로 알려져 있습니다. 그래서, 현재 소비되고 있는 은하의 초대질량 블랙홀에 무슨 일이 일어났는지, 그들은 우리의 은하의 어딘가를 방황하고 있는지, 아니면 은하수의 초대질량 블랙홀에 흡수되었는가.

현재 은하 형성의 많은 경쟁 모델이 있습니다. 이것이 하나입니다. (크레딧: ResearchGate)

아마 둘 다. 2개의 은하가 한눈에 볼 때, 그 중심에 있는 블랙홀은 서로 수만 광년 이내에 도달하지 않으며 수십억년 동안 따로따로 방황하고 있을 수 있습니다. 한편 천문학자들은 블랙홀이 얽혀 서로 궤도를 돌게 될 수 있다고 생각합니다. 이런 일이 발생하면 두 개의 초대 질량 블랙홀이 중력파를 방출하기 시작하고 궤도의 에너지가 천천히 방출되어 합류 할 때까지 점점 더 가까워집니다.

LIGO와 처녀자리 중력파 관측소는 현재 수십 개의 항성 크기의 블랙홀 연성의 합병을 관측하고 있습니다. 두 개의 초대 질량 블랙홀의 합병은 진짜 사건이 될 것입니다! (크레딧: The Indian Express)

후자의 시나리오에 대한 증거는 최근 밝혀지고 AstrophysicalJournalLetters에 게재되었다. 증거는 약 90억 광년 떨어진 은하에 있는 블랙홀에서 나온다. 이것은 우리가 보고 있는 사건이 실제로 90억 년 전에 일어났다는 것을 의미합니다. PKS 2131-021로 명시된 초대 질량 블랙홀은 상당한 양의 물질을 먹는다. 그 물질의 소량은 고에너지 제트의 형태로 블랙홀에서 도망가고 있습니다. 이러한 물체는 브레이저라고 불리며, PKS 2131-021의 제트가 지구를 똑바로 향하고 있기 때문에 무슨 일이 일어나고 있는지 잘 알 수 있습니다.

PKS 2131-021로 지정된 초대 질량 블랙홀은 실제로 서로 주위에 있는 두 개의 거대 블랙홀입니다. 블랙홀에서 방출되는 중력파는 언젠가 융합될 때까지 서로 가까이 다가온다. (크레딧: 라이브 과학)

또한 최근 관측은 PKS 2131-021의 에너지가 정기적으로 변동하고 약 2년마다 강도가 약간 떨어지고 즉시 회복되는 것으로 나타났습니다. 5개 관측소에서 45년 전으로 거슬러 올라가는 데이터를 검사하여 연구자는 자신의 관측을 확인했습니다.

PKS 2131-021에서 얻은 데이터 중 일부는 두 개의 블랙홀이 매우 분명합니다. (크레딧: CatTech)

천문학자들은 변동의 원인이 PKS 2131-021 주위의 꽉 궤도에 있는 또 다른 초대 질량 블랙홀일 수 있다고 가정한다. 이것은 매우 큰 질량 블랙홀 쌍의 가장 꽉 알려진 궤도입니다. 아인슈타인의 중력 이론을 사용하여 천문학자는 두 개의 블랙홀이 약 10,000년 정도 융합해야 하며, 이들이 융합하면 관측 가능한 우주 전체에서 시공의 구조를 흔드는 대량의 중력파를 생성할 때 계산했습니다.

뉴턴에게 공간과 시간은 별개였고, 고정되었고 변경할 수 없었다. 아인슈타인은 공간과 시간이 모두 연결되어있어 훨씬 유연합니다. (크레딧: 포브스)

이전 게시물, 2017년 10월 7일, 2017년 10월 22일, 2020년 9월 23일에, LIGO와 Virgo의 레이저 중력파 관측소에 대해 지난 10년 동안 항성의 일부 쌍의 합병 의 최종 폭발을 캡처하는 데 성공한 방법에 대해 이야기했습니다. 질량 블랙홀, 우리 태양의 5-10 배 질량을 가진 블랙홀. 그러나 지금까지 그들은 초대 질량 블랙홀 쌍의 중력파를 관찰하지 않았지만, 그러한 사건은 우주 전체에서도 매우 드뭅니다. 아마도 몇 가지 업그레이드를 수행하면 PKS2131-021에서 이미 발생한 중력파를 픽업하기 시작할 수 있습니다.

LIGO는 두 개의 중력파 간섭계로 구성됩니다. 이것은 워싱턴 주에 있고 다른 하나는 루이지애나 주에 있습니다. (크레딧: LIGO CalTech)

천문학자들은 PKS2131-021에 대한 연구를 계속하고 중력파 관측소와 오래된 패션 망원경 모두가 그 비밀을 더 배우기를 원합니다. 더 많은 천문학자가 우주를 관찰할수록 더 일반적인 초대 질량 블랙홀이 생겼기 때문에 좋은 질문입니다. 우주는 중심에 초대 질량 블랙홀이 있는 별의 은하로 구성되어 있습니까?

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