우주 먼지 고리에 숨어있는 초대형 블랙홀

유럽 남방 천문대의 초거 대망 원경 간섭계(ESO's VLTI)는 초거대질량 블랙홀을 숨기고 있는 Messier 77 은하의 중심에서 우주 먼지 구름을 관찰했습니다. 이번 발견은 약 30년 전에 이루어진 예측을 확인시켜 주며, 천문학자들에게 우주에서 가장 밝고 가장 불가사의한 천체인 활동 은하핵에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 있습니다.

활성은하핵(AGN)은 초거대질량 블랙홀 에 의해 구동되는 극도로 에너지원 이며 일부 은하의 중심에서 발견됩니다. 이 블랙홀 은 대량의 우주 먼지와 가스를 먹고 있습니다. 이 물질은 소모되기 전에 블랙홀을 향해 나선형으로 소용돌이치며 그 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출되어 종종 은하계의 모든 별을 능가합니다.

천문학자들은 1950년대에 이 밝은 천체를 처음 발견한 이래로 AGN에 대해 관심을 가져왔습니다. 이제 ESO의 VLTI 덕분에 네덜란드 Leiden 대학의 Violeta Gámez Rosas가 이끄는 연구원 팀은 그들이 어떻게 작동하고 어떻게 생겼는지 이해하는 데 중요한 단계를 밟았습니다. 결과는 오늘 네이처 에 게재되었습니다 .

 

Gámez Rosas와 그녀의 팀은 NGC 1068로도 알려진 은하 Messier 77의 중심을 매우 자세하게 관찰함으로써 초대질량 블랙홀을 숨기고 있는 두꺼운 우주 먼지와 가스 고리를 감지했습니다. 이 발견은 AGN의 통합 모델로 알려진 30년 된 이론을 뒷받침하는 중요한 증거를 제공합니다.

 

천문학자들은 다양한 유형의 AGN이 있다는 것을 알고 있습니다. 예를 들어, 일부는 폭발적인 전파를 방출하지만 다른 일부는 그렇지 않습니다. 특정 AGN은 가시광선에서 밝게 빛나는 반면 Messier 77과 같은 다른 AGN은 더 차분합니다. 통합 모델에 따르면 차이점에도 불구하고 모든 AGN은 동일한 기본 구조를 가지고 있습니다. 즉, 두꺼운 먼지 고리로 둘러싸인 초거대질량 블랙홀입니다.

 

이 모델에 따르면 AGN 사이의 모양 차이는 블랙홀과 블랙홀의 두꺼운 고리를 지구에서 보는 방향에서 비롯됩니다. 우리가 보는 AGN의 유형은 고리가 우리의 관점에서 블랙홀을 얼마나 가리고 어떤 경우에는 완전히 숨기는지에 달려 있습니다.

 

천문학자들은 이전에 Messier 77의 중심에서 따뜻한 먼지를 발견하는 것을 포함하여 통합 모델을 뒷받침하는 몇 가지 증거를 발견했습니다. 그러나 이 먼지가 블랙홀을 완전히 숨길 수 있는지에 대한 의구심이 남아 있으며 따라서 이 AGN이 가시광선에서 덜 밝게 빛나는 이유를 설명합니다. 

Gámez Rosas는 "먼지 구름의 실제 특성과 블랙홀을 공급하고 지구에서 볼 때 블랙홀이 어떻게 보이는지 결정하는 역할은 지난 30년 동안 AGN 연구에서 중심 질문이었습니다."라고 설명합니다. "단 하나의 결과가 우리가 가진 모든 질문을 해결할 수는 없지만 AGN의 작동 방식을 이해하는 데 중요한 단계를 밟았습니다."

 

관찰은 칠레 아타카마 사막에 위치한 ESO의 VLTI에 장착된 Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment(MATISSE) 덕분에 가능했습니다. MATISSE는 간섭계라는 기술을 사용하여 ESO의 VLT(Very Large Telescope)에 있는 4개의 8.2미터 망원경 모두에서 수집한 적외선을 결합했습니다. 팀은 MATISSE를 사용하여 고래자리에서 4,700만 광년 떨어진 Messier 77의 중심을 스캔했습니다.

 

"MATISSE는 광범위한 적외선 파장을 볼 수 있어 먼지를 통해 볼 수 있고 온도를 정확하게 측정할 수 있습니다. VLTI는 실제로 매우 큰 간섭계이기 때문에 다음과 같은 은하계에서도 무슨 일이 일어나고 있는지 볼 수 있는 해상도가 있습니다. 우리가 얻은 이미지는 온도 변화와 블랙홀 주변의 먼지 구름 흡수를 자세히 설명합니다."라고 공동 저자인 라이덴 대학 교수 Walter Jaffe가 말했습니다.

 

연구팀은 블랙홀의 강한 복사열로 인한 먼지 온도(실온 부근에서 섭씨 약 1200도)의 변화를 흡수 지도와 결합해 먼지의 상세한 그림을 구축하고 블랙홀이 있어야 할 위치를 정확히 찾아냈다. 두꺼운 내부 링과 더 확장된 디스크의 먼지가 중앙에 위치한 블랙홀을 통해 통합 모델을 지원합니다. 팀은 또한 ESO가 공동 소유한 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array와 National Radio Astronomy Observatory의 Very Long Baseline Array의 데이터를 사용하여 사진을 구성했습니다.

 

"우리의 결과는 AGN의 내부 작동에 대한 더 나은 이해로 이어질 것입니다."라고 Gámez Rosas는 결론지었습니다. "그들은 또한 과거에 활동했을 수 있는 초거대질량 블랙홀을 중심에 품고 있는 은하수의 역사를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."

 

연구원들은 이제 더 많은 은하 샘플을 고려하여 AGN의 통합 모델에 대한 더 많은 지원 증거를 찾기 위해 ESO의 VLTI를 사용하려고 합니다.

 

프랑스 니스에 있는 코트다쥐르 천문대(Observatoire de la Côte d'Azur)의 MATISSE 수석 연구원인 팀원 브루노 로페즈(Bruno Lopez)는 다음과 같이 말했습니다. AGN 샘플."

2010년 후반에 관측을 시작할 ESO의 극대형 망원경(ELT)도 탐색에 도움이 될 것이며 팀의 발견을 보완하고 AGN과 은하 간의 상호 작용을 탐색할 수 있는 결과를 제공할 것입니다.

 

이번 연구는 '능동 은하 NGC 1068의 블랙홀을 숨기고 있는 먼지 열화상' 논문으로 발표돼 네이처( Nature )에 실렸다.