초대질량 블랙홀, 지구에 고에너지 빔 직접 발사

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NASA의 한 임무에서는 4억 광년 떨어진 곳에서 지구를 향해 고에너지 빔을 발사하는 초대질량 블랙홀을 관찰했습니다.

고에너지 빔을 방출하는 Markarian 421의 시뮬레이션. 사진: NASA/파블로 가르시아 — 고에너지 빔을 방출하는 Markarian 421의 시뮬레이션. 사진: *NASA/파블로 가르시아*

활동적인 초거대질량 블랙홀은 강착 원반이라고 불리는 회전하는 물질 원반에 둘러싸여 있으며, 이 원반은 시간이 지남에 따라 블랙홀을 채웁니다. 블랙홀이 삼킬 수 없는 물질 중 일부는 극지방으로 이동하여 거의 빛의 속도로 분출됩니다. 이 과정에서 매우 밝고 고에너지의 전자기파가 생성됩니다. 라이브 사이언스(Live Science) 는 7월 30일, NASA가 최근 관측한 것처럼, 이 광선이 지구를 직접 향하는 블레이저(blazar) 현상을 보도했습니다.

마르카리안 421이라는 이름의 이 블레이저는 큰곰자리에 위치하며, 2021년 12월 발사된 NASA의 이미징 X선 편광 관측선(IXPE)에 의해 관측되었습니다. IXPE는 자기장의 방향성을 나타내는 편광이라는 자기장의 특징을 관측합니다. 마르카리안 421에서 분출된 제트의 편광은 제트에서 입자가 가속되는 부분에도 꼬인 구조를 가진 자기장이 존재함을 보여줍니다.

블레이저는 수백만 광년에 걸쳐 우주를 가로지르지만, 블레이저를 생성하는 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다. 그러나 이탈리아 우주국의 천체물리학자이자 이 연구의 주저자인 라우라 디 제수는 마르카리안 421에 대한 새로운 발견이 이 우주적 현상에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 수 있다고 말했습니다.

활동성 초거대 블랙홀의 제트가 그토록 밝은 주된 이유는 입자들이 빛의 속도에 가까워지면서 엄청난 에너지를 방출하고 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따라 움직이기 때문입니다. 블레이저 제트는 지구를 향한 궤적이 빛의 파장을 증폭시켜 진동수와 에너지를 모두 증가시키기 때문에 더욱 강력해집니다. 결과적으로 블레이저 제트는 은하계 모든 별에서 나오는 빛을 모두 합친 것보다 더 밝을 수 있습니다. 현재 IXPE는 이 빛을 이용하여 마카리안 421 제트 중심부의 물리 현상을 파악하고 빛나는 광선의 근원을 파악하고 있습니다.

IXPE 데이터 분석 결과, 첫 번째와 두 번째 관측에서 빔의 편광이 0%로 떨어졌습니다. 연구팀은 회전하는 자기장이 코르크스크류와 유사하다는 것을 발견했습니다. 광학, 적외선, 그리고 전파 형태의 전자기 복사 측정은 빔의 안정성이나 구조에 영향을 미치지 않았습니다. 이는 충격파가 마카리안 421의 꼬인 자기장을 따라 전파되었음을 의미합니다. 이번 새로운 발견은 꼬인 자기장이 빔 내 입자를 가속하는 충격파에 기여한다는 지금까지의 연구 중 가장 명확한 증거를 제시합니다.

연구팀은 마카리안 421에 대한 탐사를 계속할 계획이며, 비슷한 특징을 가진 다른 블레이자를 찾아 이 현상의 메커니즘을 이해할 계획이다.

안캉 ( Live Science 에 따르면)

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