스페이스 클럽 초질량 블랙홀이 얼마나 은하 전체의 설계자인지

[인공위성]

은하NGC1386 왼쪽은 회색조로 표시되어 오른쪽은 중앙 영역으로 확대됩니다. 색상은 빨간색으로 별 형성을, 파란색으로 블랙홀 방사선을, 노란색으로 충격파를 나타냅니다. (이미지 출처: 주 페이신)

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천문학자들은 은하 중심의 초대질량 블랙홀에서 발생하는 충격파가 별 형성에 어떻게 영향을 미치는지 밝히기 위해 아홉 개의 국부 은하를 연구했습니다.

연구팀은 중심에 활동 은하핵(AGN)이 있는 은하를 연구했습니다. 이들은 태양의 수백만에서 수십억 배에 달하는 질량을 가진 중심 엔진 초질량 블랙홀에 의해 구동되는 밝고 난기류가 많은 영역으로, 엄청난 양의 가스와 먼지를 섭취하고 있습니다. 이 영역에서 에너지가 흘러나와 성간 매질이라 불리는 주변 가스 구름에 충돌할 때, 강력하고 빠르게 움직이는 '충격파'를 생성합니다.

이 충격파는 'AGN 피드백'이라고도 불리며, 주변에 막대한 에너지를 주입하여 별이 형성되는 원재료인 가스와 먼지를 우회시킵니다. 이러한 피드백은 종종 은하 내 별 형성 종식에 기여한다고 여겨졌지만, 과학자들은 오랫동안 이 과정이 별 형성을 촉진하고 따라서 은하의 성장과 진화에도 영향을 미칠 수 있다고 의심해 왔습니다. 이 새로운 연구는 그 과정이 어떻게 일어나는지 보여줍니다.

"블랙홀이 은하 중심의 물질을 소비하는 것뿐만 아니라 주변을 적극적으로 재형성하고 있다는 것을 보고 있습니다,"라고 천체물리학센터의 리사 큐리 팀원이 말했습니다. 하버드 & 스미스소니언은 성명에서 밝혔다. "이 연구는 은하 진화에 중요한 역할을 하는 복잡한 피드백 주기를 이해하는 데 도움을 줍니다."

별의 조각가로서 초질량 블랙홀

모든 거대한 은하의 중심에는 초대질량 블랙홀이 존재하는 것으로 여겨집니다. 하지만 이 블랙홀들 모두가 활동적인 것은 아닙니다. 예를 들어, 은하수의 중심에 위치한 궁수자리 A*(Sgr A*)는 비교적 휴면 상태입니다. 먹이 습관은 인간이 백만 년에 한 알씩 쌀을 먹는 것과 같습니다.

다른 초대질량 블랙홀들은 대량의 가스와 먼지, 그리고 '흡수 원반'이라 불리는 소용돌이치는 납작한 구름으로 둘러싸여 있습니다. 이 블랙홀들의 엄청난 중력 영향은 강착 원반에 엄청난 마찰을 발생시켜 천체들이 AGN처럼 밝게 빛나게 만듭니다.

이 AGN 방출은 초대질량 블랙홀이 악명 높게 지저분하게 먹는 물질을 극지방으로 유도한다는 사실에 의해 강화됩니다. 그 후 이 물질은 수천 광년까지 뻗어 나가는 쌍둥이 플라즈마 제트로 이루어진 강력한 '트림'으로 분출됩니다. 이는 초대질량 블랙홀과 AGN이 주변 환경에 상당한 영향을 미친다는 것을 의미합니다.

팀은 초대형 망원경(VLT)과 다유닛 분광 탐사기(MUSE)를 사용하여 초질량 블랙홀이 물질을 적발적으로 축적하는 AGN을 연구했습니다.

"우리가 이들을 해명한 후, 이들이 단순히 물질을 흡수하는 것뿐만 아니라 물질을 방출한다는 것을 알 수 있었습니다,"라고 천체물리학센터의 주페이신은 성명에서 말했습니다. "주입과 흡수는 서로 연결되어 있어."

AGN 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 그림입니다. (이미지 출처: Robert Lea (Canva로 제작))

팀은 AGN과 그 주변의 세 가지 측면을 식별하기 위해 3차원 분석을 수행했습니다: AGN에서 방출되는 방사선, 충격파에 의한 주변 성간 매질의 여기, 그리고 별 형성입니다.

그들은 별 형성의 호와 고리가 은하 중심에서 2,600에서 20,000광년 사이에서 나타나는 경향이 있음을 발견했습니다. 연구진은 또한 AGN의 강적 원반에서 뻗어나가는 방사선 원뿔을 관찰했으며, 빠른 충격파가 중심 영역을 가로질러 파동치고 방사선 원뿔에 수직으로 이동하는 것을 관찰했습니다.

이 충격 거동은 AGN 제트와 성간 매질 간 상호작용 모델과 일치합니다. 연구팀은 제트가 덜 강력한 은하에서는 블랙홀 바람도 충격 발생에 기여한다고 생각합니다.

"충격파에 관한 가장 흥미로운 현상은 항상 블랙홀이 주입한 유출물이 가는 방향과 수직으로 간다는 점입니다,"라고 페이신이 말했다. "매우 흔하며, 아홉 은하 전체에서 꾸준히 나타나는 것을 볼 수 있습니다."

AGN과 주변 은하에 미치는 영향을 조사하는 팀이 연구한 은하 NGC 1386. (이미지 출처: 주 페이신)

이 연구는 활발히 먹이를 주는 블랙홀이 숙주 은하와의 상호작용을 이끄는 복잡한 강착과 유출의 순환 속에 있음을 보여줍니다.

이 과정의 여러 측면을 분리함으로써, 이 발견을 이룬 과학자들은 이 주기와 그것이 별 형성에 미치는 영향에 대해 그 어느 때보다 명확한 그림을 제공했습니다.

이 연구팀은 9월 14일 월요일에 The Astrophysical Journal에 게재되었습니다.

스페이스 클럽(Space Club)