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블랙홀이 별 잡아먹고 물질 분출하는 극히 드문 현상 포착

송고시간2022-12-01 01:01

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약 85억 광년 밖에서 초대질량블랙홀이 가까이 접근한 별을 파괴해 잡아먹고 트림하듯 빛에 가까운 속도로 물질을 내뱉는 극히 드문 현장이 잡혔다.

미국 메릴랜드대학의 이고르 안드레오니 박사 등이 참여한 국제 연구진은 지난 2월 포착된 '조석파괴현상'(TDE) 'AT2022cmc'를 관측한 결과를 과학 저널 '네이처'(Nature)와 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에 두 편의 논문으로 발표했다.

TDE는 별이 블랙홀에 가까이 다가갔다가 거대한 중력에 의한 기조력으로 모양이 찌그러지면서 파괴되고 그 물질이 블랙홀 주변의 부착원반으로 빨려들어 궁극에는 블랙홀의 먹이가 되는 것으로, 그 자체는 드문 현상이 아니다.

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'조석파괴현상 중 가장 멀리서 관측…빛에 가까운 '상대론적 제트' 동반 '

상대론적 제트를 분출하는 조석파괴현상 상상도
상대론적 제트를 분출하는 조석파괴현상 상상도

[Carl Knox- OzGrav, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Swinburne University of Technology 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 약 85억 광년 밖에서 초대질량블랙홀이 가까이 접근한 별을 파괴해 잡아먹고 트림하듯 빛에 가까운 속도로 물질을 내뱉는 극히 드문 현장이 잡혔다.

미국 메릴랜드대학의 이고르 안드레오니 박사 등이 참여한 국제 연구진은 지난 2월 포착된 '조석파괴현상'(TDE) 'AT2022cmc'를 관측한 결과를 과학 저널 '네이처'(Nature)와 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에 두 편의 논문으로 발표했다.

저널 발행사와 캘리포니아공과대학(Caltech) 등에 따르면 이 현상은 팔로마천문대의 광역 천체 관측장비인 '츠비키 순간포착 시설'(ZTF)을 통해 처음 포착된 뒤 허블 망원경을 비롯한 지상과 우주의 주요 망원경이 다양한 빛 파장으로 후속 관측을 이어갔다.

TDE는 별이 블랙홀에 가까이 다가갔다가 거대한 중력에 의한 기조력으로 모양이 찌그러지면서 파괴되고 그 물질이 블랙홀 주변의 부착원반으로 빨려들어 궁극에는 블랙홀의 먹이가 되는 것으로, 그 자체는 드문 현상이 아니다.

하지만 AT2022cmc는 TDE 중에서도 빛에 가까운 속도로 물질을 분출하는 '상대론적 제트'(relativistic jets)를 형성했다는 점에서 극히 희귀한 현상으로 평가되고 있다.

논문 공동저자인 미네소타대학의 천문학 조교수 마이클 코플린 박사는 "이런 상대론적 제트가 마지막으로 관측된 것은 10년도 더 넘었다"면서 "우리가 가진 자료로는 이런 제트를 가진 TDE는 전체의 1%밖에 안될 만큼 아주 드물다"고 했다.

그러면서 "이번 TDE 섬광은 지금까지 관측된 것 중 가장 밝은 부류이기도 하다"고 덧붙였다.

연구진은 AT2022cmc를 포함해 상대론적 제트가 관측된 TDE가 지금까지 4건밖에 안 된다고 밝혔다.

이처럼 극히 일부만 상대론적 제트 현상을 보이는 원인은 여전히 미스터리지만, 연구진은 AT2022cmc 등이 블랙홀이 빠르게 회전하는 공통점을 보인 점을 근거로 블랙홀의 급속한 회전이 상대론적 제트를 일으키는 한 요소일 수 있다고 제시했다.

가시광과 적외선 파장으로 관측하는 ZTF가 감마선 폭발을 연상시키는 강력한 섬광을 포착해 '비상'을 건 뒤 유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT)은 후속 관측을 통해 AT2022cmc가 85억 광년 밖 섬광이라는 것을 밝혀냈다. 이는 TDE 중 가장 멀리서 포착된 것이다.

또 허블 망원경의 가시광 및 적외선 이미지와 칼 G. 잰스키 초대형배열(VLA)의 전파 관측을 통해 AT2022cmc 위치도 정확히 확인됐다.

하지만 AT2022cmc가 너무 밝아 중앙에 이를 품은 은하까지 관측하지는 못했다. 나중에 이 현상이 사라진 뒤 허블이나 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 은하에 관한 정보도 확인될 것이라고 연구진은 밝혔다.

연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 AT2022cmc가 태양과 비슷한 크기와 질량을 가진 별이 상대적으로 적은 질량을 가진 블랙홀에 파괴되면서 빚어졌을 가능성이 큰 것으로 추론했다.

또 AT2022cmc의 자기장은 이례적으로 약한 것으로 추정됐는데, 이는 상대론적 제트를 일으키려면 강력한 자기장이 필요할 것이라는 기존 이론과는 상충하는 것으로 지적됐다.

상대론적 제트를 분출하는 블랙홀 TDE의 빛 파장 그래픽
상대론적 제트를 분출하는 블랙홀 TDE의 빛 파장 그래픽

[Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC) 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

논문 공동 저자인 영국 리버풀 존 무어스대학의 천문학자 대니얼 펄리는 "지금까지 상대론적 제트를 가진 TDE는 고에너지를 가진 감마선과 X선 망원경을 통해 포착됐는데, 광학 관측으로 이를 찾아낸 것은 처음"이라며 이번 관측이 여러 가지 면에서 새 기록을 쓰는 성과를 냈다고 했다.

eomns@yna.co.kr

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