천문학자들, 숨겨진 거대한 블랙홀 발견

채플 힐(Chapel Hill)에 있는 노스캐롤라이나 대학(University of North Carolina)의 연구원들이 이끄는 팀은 왜소 은하에서 이전에 간과되었던 거대한 블랙홀의 보고를 발견했습니다. 새로 발견된 블랙홀은 우리 은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 일생을 엿볼 수 있는 기회를 제공합니다.

 

거대한 나선은하인 우리 은하는 많은 작은 왜소은하 들이 합쳐져 형성된 것으로 믿어진다.예를 들어, 남쪽 하늘에서 볼 수 있는 마젤란 성운은 은하수로 합쳐질 왜소 은하입니다.떨어지는 각각의 왜성은 우리 태양 질량의 수만 또는 수십만 배에 달하는 거대한 중심 블랙홀을 가져올 수 있으며, 이는 잠재적으로 우리 은하의 중심 초대질량 블랙홀에 삼켜질 운명입니다.

 

그러나 왜소 은하가 거대한 블랙홀을 포함하는 빈도는 알려져 있지 않으며, 블랙홀 과 은하가 함께 성장하는 방식에 대한 우리의 이해에 중요한 격차를 남깁니다. 천체물리학 저널( Astrophysical Journal )에 발표된 새로운 연구는거대한 블랙홀 이 이전에 생각했던 것보다 왜소 은하에서 훨씬 더 흔하다는 것을 밝혀 이러한 격차를 메우는 데 도움이 되었습니다.

이번 연구의 주저자이자 UNC-채플 힐 박사인 무그다 폴리 메라(Mugdha Polimera)는 "이 블랙홀이 이전에는 잘 보이지 않는 곳에 숨어 있었기 때문에 이 결과는 정말 충격적이었다"라고 말했다. 

 

 

블랙홀은 일반적으로 주변에서 소용돌이치는 가스와 별가루를 섭취하여 활발하게 성장할 때 감지되며, 이는 블랙홀을 강렬하게 빛나게 합니다.

 

UNC-채플 힐 교수 Sheila Kannapan, Polimera의 Ph.D. 이 연구의 고문이자 공동 저자는 블랙홀을 반딧불이에 비유했습니다.

 

"반딧불이처럼 우리는 블랙홀이 켜져 있을 때만 블랙홀을 봅니다. 블랙홀이 자랄 때입니다. 불이 켜진 것은 우리가 볼 수 없는 블랙홀의 수에 대한 단서를 제공합니다."

 

문제는 성장하는 블랙홀이 독특한 고에너지 복사로 빛나지만 갓 태어난 어린 별들도 빛을 발할 수 있다는 것입니다. 전통적으로, 천문학자들은 무지개와 같은 스펙트럼으로 확산될 때 각 은하의 가시광선의 세부적인 특징에 의존하는 진단 테스트를 사용하여 새로운 별 형성에서 성장하는 블랙홀을 구별했습니다.

 

발견의 길은 Kannappan과 함께 일하는 학부생들이 이러한 전통적인 테스트를 은하 측량 데이터에 적용하려고 시도했을 때 시작되었습니다.팀은 일부 은하가 혼합된 메시지를 보내고 있다는 것을 깨달았습니다. 두 가지 테스트에서는 블랙홀이 성장하고 있음을 나타내지만 세 번째 테스트에서는 별 형성만 나타낼 수 있습니다.

 

Kannapan은 "이전 연구에서는 통계 분석에서 이와 같은 모호한 사례를 거부했지만, 나는 그것이 왜소 은하에서 발견되지 않은 블랙홀일 수 있다는 예감이 있었습니다."라고 말했습니다. 그녀는 때때로 모순되는 세 번째 테스트가 다른 두 테스트보다 난쟁이의 전형적인 특성, 즉 단순한 원소 구성(주로 빅뱅의 원시 수소와 헬륨)과 새로운 별을 형성하는 빠른 속도에 더 민감하다고 생각했습니다.

 

연구의 공동 저자인 Elon University의 부교수인 Chris Richardson은 혼합 메시지 테스트 결과가 이론이 원시 구성의 거대한 블랙홀을 포함하는 고도로 별을 형성하는 왜소 은하에 대해 예측한 것과 정확히 일치한다는 이론 시뮬레이션을 확인했습니다. Richardson은 "내 시뮬레이션이 Kannapan 그룹이 발견한 것과 일치한다는 사실은 은하가 어떻게 진화하는지에 대한 의미를 탐구하는 것을 기쁘게 했습니다."라고 말했습니다.

 

성장하는 블랙홀의 인구 조사

Polimera는 전통적 메시지 유형과 혼합 메시지 유형 모두에 관심을 갖고 성장하는 블랙홀의 새로운 인구 조사를 구성하는 도전에 착수했습니다. 그녀는 Kannappan, RESOLVE 및 ECO가 주도한 두 조사에서 발견된 수천 개의 은하에서 블랙홀을 테스트하기 위해 가시광선 스펙트럼 기능에 대한 출판된 측정값을 얻었습니다. 이러한 조사에는 별 형성을 연구하는 데 이상적인 자외선 및 전파 데이터가 포함되며 특이한 디자인이 있습니다.

 

대부분의 천문 조사는 크고 밝은 은하를 선호하는 샘플을 선택하지만 RESOLVE 및 ECO는 현재 우주의 방대한 양에 대한 완전한 목록입니다. 왜소 은하는 풍부하다.

 

폴리 메라는 "블랙홀 탐색을 왜소 은하 쪽으로 치우치지 않았다는 것이 나에게 중요했다"라고 말했다. "그러나 전체 인구 조사를 살펴보면서 새로운 유형의 블랙홀이 거의 항상 왜성에서 나타난다는 것을 발견했습니다. 처음 봤을 때 숫자에 놀랐습니다."

 

그녀가 왜소 은하에서 발견한 성장하는 모든 블랙홀의 80% 이상이 새로운 유형에 속했습니다.

결과가 너무 좋았던 것 같습니다. 폴리메라는 "우리 모두 긴장했다. "내 마음에 떠오른 첫 번째 질문은 : 극단적인 별 형성만으로 이 은하계를 설명할 수 있는 방법을 놓친 적이 있습니까?" 그녀는 별 형성 , 모델링 불확실성 또는 이국적인 천체 물리학과 관련된 대체 설명에 대한 철저한 검색을 주도했습니다.결국 연구팀은 새로 확인된 블랙홀이 진짜라는 결론을 내릴 수밖에 없었다.

 

"우리는 여전히 스스로를 꼬집고 있습니다."라고 Kannapan이 말했습니다. "우리는 수많은 후속 아이디어를 추구하게 되어 기쁩니다. 우리가 발견한 블랙홀은 우리 은하에 있는 것과 같은 초대질량 블랙홀의 기본 빌딩 블록입니다. 우리는 그것에 대해 배우고 싶은 것이 너무 많습니다."