천문학자들은 초기 우주에서 가장 빠르게 먹이를 먹는 블랙홀을 발견했습니다.

NASA의 JWST와 찬드라 X선 천문대의 데이터를 사용하여, 미국 국립 과학 재단 NOIRLab 천문학자 팀은 빅뱅 이후 불과 15억 년 만에 은하 중심에서 초거대 블랙홀을 발견했습니다. 이 블랙홀은 이론 한계의 40배가 넘는 엄청난 속도로 물질을 소비하고 있습니다. 이 블랙홀의 '잔치'는 수명이 짧지만 천문학자들이 초거대 블랙홀이 초기 우주에서 왜 그렇게 빨리 성장했는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

초거대 블랙홀은 대부분 은하의 중심에 존재하며, 현대 망원경은 우주의 진화에서 놀라울 정도로 초기 시기에 이를 계속 관찰하고 있습니다. 이러한 블랙홀이 어떻게 그렇게 빠르게 커질 수 있었는지 이해하기는 어렵습니다. 하지만 빅뱅 이후 불과 15억 년 만에 극단적인 속도로 물질을 잔뜩 먹고 있는 저질량 초거대 블랙홀이 발견되면서 천문학자들은 이제 초기 우주에서 빠르게 성장하는 블랙홀의 메커니즘에 대한 귀중한 새로운 통찰력을 얻었습니다.

LID-568은 International Gemini Observatory/NSF NOIRLab 천문학자 Hyewon Suh가 이끄는 기관 간 천문학자 팀에 의해 발견되었습니다. 그들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하여 Chandra X-선 천문대의 COSMOS 레거시 조사에서 은하 샘플을 관찰했습니다. 이 은하 집단은 스펙트럼의 X선 부분에서 매우 밝지만 광학 및 근적외선에서는 보이지 않습니다. JWST의 고유한 적외선 감도 덕분에 이러한 희미한 대응 방출을 감지할 수 있습니다.

LID-568은 강렬한 X선 방출로 샘플 내에서 두드러졌지만, X선 관측만으로는 정확한 위치를 결정할 수 없어 JWST 시야에서 대상을 제대로 중앙에 배치하는 것에 대한 우려가 제기되었습니다. 따라서 JWST의 계측 지원 과학자들은 전통적인 슬릿 분광법을 사용하는 대신 Suh의 팀이 JWST의 NIRSpec에서 적분 필드 분광기를 사용할 것을 제안했습니다. 이 계측기는 좁은 슬라이스로 제한되지 않고 계측기 시야의 각 픽셀에 대한 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.

"LID-568의 희미한 특성 때문에 JWST 없이는 LID-568을 감지하는 것은 불가능했을 것입니다. 적분 필드 분광기를 사용하는 것은 혁신적이고 우리의 관찰을 위해 필요했습니다." 국제 제미니 천문대/NSF NOIRLab 천문학자이자 Nature Astronomy에 게재된 논문의 공동 저자인 에마누엘 파리나가 말했습니다.

JWST의 NIRSpec을 통해 팀은 목표와 주변 지역을 전체적으로 볼 수 있었고, 이로 인해 중앙 블랙홀 주변에서 강력한 가스 유출이 예상치 못하게 발견되었습니다. 이러한 유출의 속도와 크기를 통해 팀은 LID-568의 질량 성장의 상당 부분이 단일 급속한 강착 에피소드에서 발생했을 수 있다고 추론했습니다. Suh는 "이 우연한 결과는 시스템에 대한 이해에 새로운 차원을 더해주었고, 흥미로운 조사의 길을 열었습니다."라고 말합니다.

놀라운 발견에서 Suh와 그녀의 팀은 LID-568이 에딩턴 한계의 40배 속도로 물질을 섭취하는 것으로 보인다는 것을 발견했습니다. 이 한계는 블랙홀이 달성할 수 있는 최대 광도와 얼마나 빨리 물질을 흡수할 수 있는지와 관련이 있으며, 압축되고 떨어지는 물질의 열에서 생성된 내향 중력과 외향 압력이 균형을 유지합니다. LID-568의 광도가 이론적으로 가능한 것보다 훨씬 더 높다고 계산되었을 때, 팀은 데이터에 주목할 만한 것이 있다는 것을 알았습니다.

"이 블랙홀은 잔치를 벌이고 있습니다." 국제 제미니 천문대/NSF NOIRLab 천문학자이자 공동 저자인 줄리아 샤르베흐터가 말했습니다. "이 극단적인 사례는 에딩턴 한계를 넘는 빠른 먹이 공급 메커니즘이 우주에서 이렇게 무거운 블랙홀을 일찍 볼 수 있는 이유에 대한 가능한 설명 중 하나임을 보여줍니다."

이러한 결과는 작은 블랙홀 '씨드'에서 초거대 블랙홀이 형성되는 것에 대한 새로운 통찰력을 제공하는데, 현재 이론에서는 우주의 첫 번째 별(가벼운 씨앗)의 죽음이나 가스 구름(무거운 씨앗)의 직접적인 붕괴에서 발생한다고 제안합니다. 지금까지 이러한 이론은 관찰을 통해 확인되지 않았습니다. Suh는 "초에딩턴 집적 블랙홀의 발견은 블랙홀이 가벼운 씨앗에서 유래했는지 무거운 씨앗에서 유래했는지와 관계없이 단일 급속 섭취 에피소드 동안 상당한 양의 질량 성장이 발생할 수 있음을 시사합니다."라고 말합니다.

LID-568의 발견은 또한 블랙홀이 에딩턴 한계를 초과할 수 있음을 보여주며, 천문학자들이 이것이 어떻게 일어나는지 연구할 수 있는 첫 번째 기회를 제공합니다. LID-568에서 관찰된 강력한 유출은 극한의 강착으로 생성된 과도한 에너지의 방출 밸브 역할을 하여 시스템이 너무 불안정해지는 것을 방지할 수 있습니다. 작용하고 있는 메커니즘을 더 조사하기 위해 팀은 JWST로 후속 관측을 계획하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241104112032.htm