대규모 합병: 연구 결과 은하 중심의 초대질량 블랙홀 기원에 대한 증거가 밝혀지다

적절하게 명명된 초거대 블랙홀의 기원은 우주의 가장 큰 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 초거대 블랙홀은 태양 질량의 백만 배 이상에 달할 수 있으며 대부분 은하의 중심에 위치합니다.

이제 UNLV의 네바다 천체물리학 센터(NCfA)의 연구자들은 우리 은하수 중심부의 초거대 블랙홀인 궁수자리 A*(Sgr A*)가 과거에 우주 합병의 결과일 가능성이 높다는 것을 시사하는 설득력 있는 증거를 발견했습니다.

9월 6일 Nature Astronomy 저널에 발표된 이 연구는 2022년에 Sgr A*의 첫 번째 직접 이미지를 촬영한 사건의 지평선 망원경(EHT)의 최근 관측 결과를 바탕으로 하고 있습니다.

전 세계적인 연구 협업의 결과물인 EHT는 전 세계에 있는 8개의 기존 전파 관측소의 데이터를 동기화하여 지구 크기의 거대한 가상 망원경을 만들어냅니다.

UNLV 천체물리학자 이한 왕과 빙 장은 EHT가 Sgr A*를 관측한 데이터를 활용해 이 천체가 어떻게 형성되었을지에 대한 증거를 찾아보았습니다.

초거대 블랙홀은 시간이 지남에 따라 물질이 축적되거나 두 개의 기존 블랙홀이 합쳐져 성장하는 것으로 생각됩니다.

UNLV 팀은 은하의 각운동량에 비해 Sgr A*의 특이하고 빠른 회전과 정렬 불량을 이해하기 위해 다양한 성장 모델을 조사했습니다.

연구팀은 이러한 특이한 특성이 Sgr A*와 위성 은하에서 온 것으로 추정되는 다른 초거대 블랙홀이 관련된 대규모 합병 사건으로 가장 잘 설명될 수 있음을 입증했습니다.

UNLV의 NCfA 박사후 연구원이자 이 연구의 주저자인 왕은 "이 발견은 초거대 블랙홀이 어떻게 성장하고 진화하는지 이해하는 길을 열어줍니다."라고 말했습니다.

"Sgr A*의 정렬되지 않은 높은 스핀은 다른 블랙홀과 합병했을 수 있으며, 스핀의 진폭과 방향이 극적으로 바뀌었을 수 있음을 나타냅니다."

연구자들은 정교한 시뮬레이션을 사용하여 Sgr A*의 관찰된 스핀 특성과 일치하는 다양한 시나리오를 고려하여 합병의 영향을 모델링했습니다. 그들의 결과는 고도로 기울어진 궤도 구성을 가진 4:1 질량 비율의 합병이 EHT에서 관찰된 스핀 특성을 재현할 수 있음을 나타냅니다.

UNLV의 저명한 물리학 및 천문학 교수이자 NCfA의 창립 이사인 장은 "이 합병은 은하수가 가이아-엔셀라두스 은하와 합병한 후인 약 90억 년 전에 일어났을 가능성이 높다"고 말했습니다.

"이 사건은 계층적 블랙홀 합병 이론의 증거를 제공할 뿐만 아니라 우리 은하의 역동적 역사에 대한 통찰력도 제공합니다."

Sgr A*는 지구에서 27,000광년 떨어진 은하계 중심에 위치하고 있으며, EHT와 같은 정교한 도구는 과학자들이 예측 이론을 시험하는 데 도움이 되는 직접적인 이미징을 제공합니다.

연구자들은 이 연구 결과가 앞으로 우주에서 발사되는 중력파 감지기를 이용한 관측에 중요한 영향을 미칠 것이라고 말한다. 예를 들면, 2035년에 발사될 예정인 LISA(레이저 간섭계 우주 안테나)는 우주 전역에서 비슷한 초거대 블랙홀 합병을 감지할 것으로 기대됩니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240906141300.htm