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앞에 올려드린 글에서는 초신성이 되지못한 별이 스스로를 삼키면서 방출하는 파장이 블랙홀을 확인하는 근거가 되는 것을 언급하였는데요, 이 글에서는 외부의 별을 탐식하면서 유사한 파장의 방출이 근거가 되어 블랙홀을 확인하는 내용을 중요한 주제로 다루고 있어서, 참고가 되었으면 해서 올려드립니다. 즐거운 별생활 되세요.
Black hole tidal disruption flares write their signature in cosmic dust
블랙홀의 조수 파괴 섬광이 우주 먼지에 그들의 징후를 쓰다
The telltale signs of a voracious black hole may be hiding in plain sight.
블랙홀이 게걸스럽게 먹어치운 내막을 알리는 증거가 우리시야에는 가려진다.
By Allen Zeyher | Published: Wednesday, September 28, 2016
FlaresImage
The caption and image credit information we used is: This illustration shows a glowing stream of material from a star as it is being devoured by a supermassive black hole in a tidal disruption flare.
Image courtesy of NASA/JPL-Caltech 별이 블랙홀에게 삼켜지면서 조수파괴섬광을 보이는 모식도
별이 블랙홀 가까이 지나가면, 블랙홀의 가까운 쪽 별 근처에 중력당김이 별을 하나로 유지하는 내부중력을 이길 수 있다. 그 결과 블랙홀 쪽으로 휘어지면서 항성물질의 흐름이 생긴다. 항성물질의 덩어리가 블랙홀에 다가가면서, 열이 가해지고 조수파괴섬광(tidal disruption flare)이라 일컬어지는 에너지 복사가 방출이 된다.
이 항성의 조수파괴 사건의 과정에서 무엇이 일어나는지를 보는 것은 어렵지만, 학자들은 이 조수파괴 섬광의 속을 볼 수 있는 새로운 방법을 찾았다. 즉 섬광 그 자체를 보는 것이 아니고 블랙홀을 둘러싸는 먼지에 나타나는 효과를 보는 것이다.
처음으로 이 팀이 블랙홀 주위의 먼지에서 재방출되는 조수파괴섬광의 메아리“echo”를 관측하였다. 이들은 존스홉킨스대학의 천체물리학자들로 구성이 되었다.
“이 섬광은 가시광선, 자외선, 극단의 자외선, X-선 들을 방출할 수 있다,”고 이 팀의 연구원인 벨젠이 말하고 있다. “가시광선과 근자외선은 비교적 관측이 쉽지만, 극단의 자외선방출은 광자들이 우리 은하수와 섬광이 일어나는 모 은하를 떠다니면서 중성수소에 의해 흡수되어 버린다. 그래서 우리의 망원경이나 위성에 도달하기 전에 모든 극단의 자외선은 없어져버린다.”
벨젠과 그의 동료들은 Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE)가 수집한 자료들을 분석하였다. 그렇지 않았다면(이 현상이 없었다면) 비활동상태를 보였을 다섯 개의 은하들 중심의 초대질량 블랙홀에서 다섯 가지 조수파괴의 현상들을 연구하였다- 각각은 수개월 넘게 전개 될 수 있다. - 가까운 은하는 지구에서 8억 4천만 광년거리에 있다. 이 연구결과는 16년 9월 15일에 Astrophysical Journal에 출판되었다.
벨젠의 계산에 따르면, 강력한 섬광 복사가 블랙홀의 반경 2조 마일 안에 있는 성간먼지들을 파괴한다고 한다. 반경 2조 마일 바로밖에 있는 먼지들은 가시광선, 자외선, 부드러운 X-선을 흡수하고 약 3.4 마이크론의 적외선 파장을 재방출한다. 먼지 파괴반경은 블랙홀을 둘러싸는 먼지의 구성과 크기에 의존한다. 벨젠은 이 먼지가 탄소 친화적(“carbon-like”)인 약 1 마이크론의 전형적인 크기를 갖는다고 평가한다.
조수 파괴섬광에 의해 가열된 먼지에서 나오는 적외선방출은 섬광의 피크 때를 일 년 정도 지나서 감지될 수 있다.
조수파괴섬광을 확인하는 것은 까다로운 일이다. 단지 이 현상이 2,30개 정도만 기록에 남아있다. 학자들이 우주의 어느 한 곳에서 활발한 폭발을 볼 때, 조수 파괴섬광이 아닌 활동은하핵(AGN)에서 나오는 것인지 또는 초신성에서 나오는 것인지를 구분해야한다.
“최종적으로, 관찰자들은 몇가지 해결의 실마리가 되는 특징들을 찾고 – 높은 가시광선/자외선/X-선 광도, 초대질량블랙홀이 있는 은하의 잠잠한 중심의 근처, - 그리고 비슷한 것들(블랙홀이 아닌 것)은 배제해야한다,”고 다른 연구자도 말하고 있다.
일반적으로 활동은하핵(AGN)을 배제하는 것은 자료연구와 의심 가는 대상의 증거를 반복 관측함으로서 이루어진다, 그 증거는 주위에 있는 물질을 먹는가와 때때로 섬광을 보이는가 이다. 초신성은 섬광이 은하의 중심에서 나오는가와 섬광의 분광분석을 통해 베제할 수 있다.
“초신성은 TDEs [tidal disruption events]보다 더 적색분광을 보이고, 시간에 따라 더 적색이동을 보인다,”고 스톤은 말한다, “반면에 TDE의 분광은 시간이 지나도 일정한 색을 대략 유지하는 것 같다.”
벨젠과 동료들은 먼지 재방출이 정보를 밝히는 것을 돕기를 희망하고 있다. 과거에는 조수파괴섬광에 관한 근거를 확보할 수 없었기 때문이다.
“내 생각에 이것은 조수파괴섬광을 연구하는데 있어서 잠재적으로 매우 유용한 새로운 도구가 될 것이다,”고 스톤은 말하고 있다. “이상적으로, 우리는 광도와 섬광의 총 에너지방출량을 측정하기를 원한다. 이것은 우리에게 파괴된 별에 대한 정보를 제공할 것이고, 더 중요한 것은, 그 별을 파괴한 블랙홀에 대한 정보를 줄 것이기 때문이다.”
( 원문 )
Black hole tidal disruption flares write their signature in cosmic dust
The telltale signs of a voracious black hole may be hiding in plain sight.
By Allen Zeyher | Published: Wednesday, September 28, 2016
When a star passes close enough to a black hole, the black hole’s gravitational pull on the near side of the star can overcome the internal gravity holding the star together. The result is a stream of stellar matter spiraling toward the black hole. As a clump of stellar matter approaches the black hole, it heats up and emits what is known as a tidal disruption flare of energetic radiation.
It is difficult to see what is happening within one of these stellar tidal disruption events, but astronomers have found a new method of seeing inside a tidal disruption flare by looking not at the flare itself but at its effects on the dust surrounding the black hole.
For the first time, a team led by astrophysicists from Johns Hopkins University has observed the “echo” of a tidal disruption flare re-emitted by the dust around the black hole.
“The flare can emit optical, UV, extreme UV, and X-rays,” says Sjoert van Velzen, a postdoctoral fellow at Johns Hopkins and lead author of the paper. “The optical and near UV are (relatively) easy to observe, but the extreme UV emission gets absorbed [by neutral hydrogen] as the photons travel through the host galaxy of the flare and through our Milky Way galaxy. So before reaching our telescopes or satellites, all the extreme-UV emission is gone.”
Velzen and three colleagues analyzed data compiled by the Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), which NASA launched into Earth’s orbit in 2009. They studied five tidal disruption events — each of which can unfold over a period of months — from the otherwise inactive supermassive black holes in the center of five galaxies, the closest of which is 840 million light-years from Earth. They published their findings in the Sept. 15, 2016, issue of Astrophysical Journal.
The intense radiation from the flare destroys any interstellar dust within 2 trillion miles of the black hole, according to Velzen’s calculations. Dust that is not vaporized, just outside the 2 trillion-mile radius, absorbs visible, UV, and soft X-ray light and re-emits it at an infrared wavelength of about 3.4 microns. The radius of dust destruction depends on the size and composition of the dust surrounding the black hole. Velzen estimates the dust is “carbon-like” with a typical size of about 1 micron.
The infrared emission from dust heated by a tidal disruption flare can be detected up to a year after the peak of the flare.
Identifying tidal disruption flares is tricky to begin with. Only two or three dozen such events have been recorded. When astronomers see an energetic explosion somewhere in the universe, they have to distinguish it as a tidal disruption flare as opposed to an outburst from an active galactic nucleus (AGN) or a supernova.
“Ultimately, observers find themselves looking for a few key characteristics — high optical/UV/X-ray luminosity, proximity to the dead center of a galaxy, where supermassive black holes reside — and then try to rule out impostors,” says Nicholas Stone, a postdoctoral Einstein Fellow in the Columbia University Astrophysics Laboratory.
Ruling out an AGN generally depends on studying archival and follow-up observations for signs that the suspect is an AGN that is feeding on the matter around it and occasionally flares. Supernovae can be ruled out if the flare does not originate at the center of its galaxy and by analyzing the spectrum of the flare.
“Supernovae have redder spectra than TDEs [tidal disruption events], and their spectra get redder with time,” says Stone, “whereas TDE spectra seem to maintain roughly constant colors over time.”
Velzen and colleagues hope the dust re-emission will help reveal information they have not been able to capture in the past about tidal disruption flares.
“I think this is potentially a very useful new tool for studying tidal disruption flares,” says Stone, who is a collaborator of Velzen but is not a co-author of the current paper. “Ideally, we would like to measure the luminosity and total energy release of the flare. That would give us information about the star that was disrupted and, more importantly, the black hole that did the disrupting.”
Allen Zeyher is a freelance writer in the Chicago area.
출처
http://astronomy.com/news/2016/09/tidal-disruption-flares-write-their-signature-in-cosmic-dust