원자력/우주항공

블랙홀 강착 물리적 이미지의 마지막 퍼즐 조각 완료

발행일 : 2019 / 09 / 09

최근, 중국과기대학과 중국극지연구센터 공동 연구팀은 세계 최초로 퀘이사의 중심부가 초중량 블랙홀 강착원판에 부착 연료를 제공하는 쾌속 유입 가스를 성공적으로 관측함으로써 블랙홀 강착 물리적 이미지의 “마지막 퍼즐 조각”을 찾았다. 해당 성과는 “Nature”에 게재되었다.

각 은하계의 중심에는 모두 초중량 블랙홀이 존재한다. 이들은 강한 중력으로 주변의 성간 물질을 고속 탐식하며 일부 물질은 탐식되기 전에 에너지로 전환되어 방출됨으로써 전체 은하계를 초월하는 밝기를 생성하고 우주 중 가장 밝은 천체인 퀘이사를 형성한다. 그러나 강착원판이 지속적으로 물질공급을 획득하는 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다. 지속적인 물질공급이 없으면 블랙홀은 주변 물질을 곧 소진하며 퀘이사는 더 이상 발광하지 못한다. 이러한 공급 과정은 발광 중심에서 멀리 떨어지어 천문망원경으로 관측하기 어렵다.

연구팀은 8개 퀘이사의 광 스펙트럼에서 수소, 헬륨 원소의 여기상태 흡수선을 관측하였다. 이 흡수선들은 우주 팽창으로 인한 적색편이 외에 도플러 효과 때문에 추가의 적색편이가 발생했다. 퀘이사 광 스펙트럼의 흡수선은 퀘이사와 지구 사이에 있는 물질에 의해 생성되었다. 흡수선의 도플러 적색편이는 물질이 우리로부터 멀리 떨어져있다는 것을 설명하며 이는 물질이 퀘이사 중심에 가깝다는 것을 의미한다.

도플러 적색편이 크기에 따라 계산한 물질 유입 속도는 5000km/s에 달했다. 추가 계산을 통해 블랙홀이 이러한 “탐식” 과정을 완성하는데 수백 년이 걸린다는 것을 알 수 있다. 이 기간동안 퀘이사도 지속적으로 반짝일 수 있다.

본 연구의 최대 혁신은 우주에서 흔히 보는 수소화 헬륨 원자가 특정 상태에서 생성한 적색편이 흡수선을 이용하고, 또한 물질 운동 속도 및 물질의 퀘이사까지의 거리 정보를 얻은 것이다.