스페이스 클럽 XMM-Newton은 이상한 진동을 나타내는 블랙홀을 관찰합니다.

[발사통제동]

유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 X선 우주망원경은 최근 초대질량 블랙홀 1ES 1927+654의 가장자리에서 빠르게 변동하는 X선 신호를 발견했다. 가까운 은하의 중심에 위치한 블랙홀의 X선 신호는 과학자들에게 블랙홀의 본질과 물질이 어떻게 블랙홀에 떨어지는지에 대한 통찰력을 제공했습니다.

더욱이, XMM-뉴턴의 관측은 중력파의 새로운 잠재적 원천을 가리키고 있다. 중력파는 두 개의 블랙홀이 서로 궤도를 도는 쌍성 블랙홀 시스템에서 가장 일반적으로 생성됩니다. 그러나 XMM-Newton의 관측에서 블랙홀에 의해 생성된 중력파는 블랙홀 주위를 도는 신비한 물체의 결과입니다.

물질이 궁극적으로 블랙홀로 떨어지기 전에, 그것은 먼저 블랙홀의 바깥쪽 가장자리, 즉 "사건의 지평선(event horizon)"이라고 불리는 시공간 영역을 공전해야 한다. 물질이 사건의 지평선 바깥을 공전하면서 점차 뜨거워지면서 블랙홀 주변에 "강착 원반"이라고 불리는 빛나는 물질로 이루어진 원반이 생성됩니다. 강착 디스크 내의 가스와 물질은 종종 너무 많이 가열되어 디스크가 주로 자외선(UV)을 방출합니다.

그런 다음 강착 원반의 UV 광선은 블랙홀의 코로나, 전체 블랙홀 및 강착 원반을 둘러싼 플라즈마 구름과 상호 작용합니다. 코로나의 높은 에너지는 종종 강착 원반의 자외선을 XMM-뉴턴이 관측할 수 있는 더 높은 에너지의 X선으로 바꿉니다.

XMM-Newton의 아티스트 일러스트레이션. (제공: ESA/C. Carreau)

2011년부터 XMM-Newton은 정기적으로 1ES 1927+654를 관측하면서 블랙홀의 강착 원반에서 비롯된 코로나와 X선에 주목했다. 그러나 2018년에 과학자들은 1ES 1927+654에서 중요한 변화를 발견했는데, 가장 주목할 만한 것은 X선 코로나가 사라진 것처럼 보였다는 것입니다.

참고 항목

• XMM-Newton 업데이트
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과학자들은 결국 1ES 1927+654의 대폭발이 코로나를 완전히 사라지게 할 만큼 충분히 붕괴시켰다는 결론을 내렸다. 흥미롭게도, X-ray 코로나는 2021년에 완전히 돌아왔고, 1ES 1927+654는 2018년 이전의 정상 상태로 돌아온 것으로 보였다.

XMM-Newton은 1ES 1927+654를 계속 관측했으며 2022년 7월에 과학자들은 X선 출력이 다시 변화하고 있음을 주목했습니다. 특히, 1ES 1927+654의 X선 출력은 400초에서 1,000초 사이의 시간 척도에서 약 10% 변동했는데, 이는 준주기적 진동(QPO)이라고 하는 변동성 유형입니다.

"이것은 무언가 이상한 일이 일어나고 있다는 첫 번째 징후였다"고 매사추세츠 공과 대학의 수석 저자 메건 매스터슨은 말한다.

과학자들은 이 진동이 1ES 1927+654의 강착 원반에 끼어 있는 별일 가능성이 있는 거대한 물체에 의해 발생한다고 믿고 있다. 별이 블랙홀 주위를 공전함에 따라 블랙홀에 가까워질수록 궤도 속도가 증가하여 생성되는 진동이 증가합니다.

현재의 계산에 의하면 그러한 천체는 0.1 태양 질량의 백색 왜성일 가능성이 높은데, 이것은 저질량 별의 남은 핵이 죽어서 바깥층을 잘라낸 것이다. XMM-뉴턴의 관측에 대한 추가 분석은 백색왜성이 얼마나 빨리 궤도를 돌고 있는지를 보여주었고, 18분마다 1ES 1927+654의 궤도 한 개, 즉 약 1억 km를 완성했다.

XMM-뉴턴은 1ES 1927+654와 그 백색왜성을 2년 동안 계속 관측했고, 블랙홀로부터의 진동이 세기와 주파수가 증가하고 있다는 것을 주목했다. Masteron et al.은 백색 왜성에 의해 생성 된 궤도 에너지가 중력파로 방출되고 있다고 가정했습니다. 백색왜성의 속도와 결합된 중력파의 생성은 1ES 1927+654 부근의 속도로, 연구팀은 별이 사건의 지평선을 가로지르고 진동이 멈출 때를 계산할 수 있었다. 연구팀의 결과는 진동이 2024년 1월 초에 멈출 것임을 보여주었다.

그러나 이상하게도 두 달 후인 2024년 3월, XMM-뉴턴 관측 결과 진동이 다시 일어났다는 사실이 밝혀졌습니다. 충격적이게도, 백색왜성은 빛의 절반 속도로 이동하면서 7분마다 1ES 1927+654의 궤도를 완성하고 있었다. 백색왜성이든 아니든 간에 1ES 1927+654 내부에 무엇이 있었든, 사건의 지평선을 건너 블랙홀로 들어가는 것을 거부한 것처럼 보였다.

https://youtu.be/aqxutnKohck

Masteron et al.은 진동에 대한 다른 잠재적 인 소스를 고려했습니다. 연구팀은 2018년 1ES 1927+654의 엑스레이 코로나가 사라진 사건을 기억하고 코로나가 전체적으로 진동할 수 있는지 조사하기 시작했다. 그러나 그러한 현상에 대한 이론이나 관찰된 사례가 없었기 때문에 팀은 원래 가설로 돌아가 곧 수정할 방법을 찾았습니다.

천문학자들은 우주 전역에서 두 개의 백색 왜성이 서로를 향해 소용돌이치는 쌍성 백색 왜성 시스템을 발견했습니다. 두 별은 가까워질수록 온전한 상태를 유지하는 것이 아니라 서로에게서 물질을 끌어당기기 시작하며, 이로 인해 두 천체의 접근 속도가 느려질 수 있습니다. Masteron et al.은 블랙홀이 백색 왜성으로부터 물질을 천천히 끌어당기는 1ES 1927+654에서 유사한 과정이 일어나고 있을 수 있다고 믿는다.

XMM-Newton은 이 새로운 가설이 사실인지 확인하기 위해 그러한 관측을 할 수 없습니다. 그러나 현재 2030년대에 발사될 예정인 ESA의 LISA(Laser Interferometer Space Antenna) 임무는 1ES 1927+654가 방출하는 정확한 주파수 범위에서 방출되는 중력파를 감지할 수 있을 것입니다.

"우리는 이 초대질량 블랙홀 주위 궤도에 백색왜성이 있다면, LISA가 그것을 볼 수 있을 것으로 예측한다"고 매스터론은 말한다.

ESA의 다가오는 LISA 임무를 보여주는 인포그래픽. (제공: ESA/ATG Medialab)

"이것은 XMM-Newton의 독특한 능력을 보여주는 또 다른 좋은 예입니다. 이 관측소는 이 결과에 매우 중요했으며 이 QPO 신호를 이렇게 선명하게 캡처할 수 있는 유일한 관측소입니다. 탐지는 XMM-Newton의 긴 관찰, 전체 X 선 대역에 걸친 넓은 수집 영역 및 타이밍 해상도의 절묘한 조합에 의존했습니다."라고 XMM-Newton 프로젝트 과학자 Norbert Schatel은 설명합니다.

Masteron 등등의 결과는 2월에 있는 전표 성격에서 간행될 예정이다.

(리드 이미지: 1ES 1927+654와 그 백색왜성 동료에 대한 작가의 묘사. 출처: NASA/소노마 주립대학교/오로르 시몬넷)

스페이스 클럽(Space Club)