메아리치는 블랙홀

X선과 메아리

수백만 개의 보이지 않는 블랙홀들이 은하계를 가로질러 평범한 시야 속에 숨어 있으며, 별을 지나칠 때  가끔 폭발하는 X선 빛을 통해서만 존재를 드러낸다. 천문학자들은 그것들이 방출하는 X선 메아리 덕분에 8개의 희귀한 블랙홀 쌍과 그 주위를 도는 별들의 위치를 얻어낼 수 있었다. 이전에 우리 은하에는 X선 반향을 방출하는 걸로 알려진 두 쌍이 있었다.

블랙홀 쌍성은 이러한 천체 현상들이 별에 의해 공전할 때 발생하며, 별들은 때때로 가스와 먼지를 삼킬 때 사용한다.

그 메아리들은 어느순간 음파로 변환되었다.

블랙홀 폭발

위성 데이터에서 블랙홀 쌍성계의 반향을 알아보기 위해 반향 기계라는 자동화된 도구를 개발했다. 국제 우주 정거장의 일부인 중성자별 내부 구성 탐색기라고 불리는 나사의 X선 망원경에 의해 수집된 데이터를 훑어보기 위해 잔향 기계를 사용했다. 잔향 가계를 통해 8개의 출처에서 잔향의 새로운 신호를 보았고 블랙홀의 질량은 태양 질량의 5배에서 15배까지 다양하며 모두 정상적이고 질량이 낮은 태양과 비슷한 별들을 가진 쌍성계에 있다.

8개의 메아리를 수집한 후, 블랙홀이 엑스레이 폭발을 방출할 때 어떻게 변하는지 보기 위해 비교했는데 8개의 이진법에 대해서도 비슷한 초상화가 나타났다. 블랙홀이 궤도를 도는 별에서 물질을 끌어낼 때, 그들은 빛의 속도에 가까운 속도로 우주로 흘러가는 밝은 입자들의 제트를 발사할 수 있다. 블랙홀이 저 에너지 상태로 전환되기 전에 마지막으로 매우 에너지가 높은 섬광을 방출한다는 것을 발견하기도 했다. 마지막 폭발이 일어날 때, 블랙홀의 매우 에너지가 높은 플라스마 고리가 사라지기 전에 에너지가 있는 입자들을 방출한다는 것을 의미할 수 있다.

천문학자들은 이 발견을 은하 중심에서 엔진 역할을 하고 은하 형성을 형성할 수 있는 입자들은 쏘아낼 수 있는 더 큰 블랙홀에 적용할 수 있다. 은하 진화에서 블랙홀의 역할은 현대 천체 물리학에서 두드러진 문제이다. 

또한, 이 블랙홀 쌍성계는 작은 블랙홀로 보이며, 이 작고 가까운 시스템에서의 폭발을 이해함으로써 우리는 초거대 블랙홀에서의 유사한 폭발이 그들이 살고 있는 은하에 어떠한 영향을 미치는지 알 수 있다.

X선의 소리

X선 방출의 메아리는 천문학자들이 블랙홀이 있는 곳을 지도로 그리는데 도움을 준다. 이는 박쥐가 항법을 위해 사용하는 반향 위치와 다르지 않다. 박쥐는 장애물에 튕겨져 매아리로 돌아오는 울음소리를 내고, 메아리가 돌아오는 길이는 박쥐가 물체의 거리를 판단하는데 도움을 준다. 블랙홀의 반향은 코로나에서 방출되는 두 종류의 X선 빛에 의해 생성되며, 천문학자들은 망원경이 두 종류의 빛을 감지하는 데 걸리는 시간을 이용하여 블랙홀이 별의 물질을 집어삼킬 때 어떻게 변화하는지 추적할 수 있다. 블랙홀의 메아리는 우리가 실제로 들을 수 있는 소리가 아니기 때문에 음파로 변환을 해야 들을 수 있다. 그 결과는 공상과학 영화에서 나온 것처럼 들린다. 블랙홀에 가장 가까운 환경을 재구성하기 위해 이 빛의 반향을 사용할 수 있는 시작 단계에 있다. 이러한 반향이 일반적으로 관찰된다는 것을 보여주었고, 새로운 방법으로 블랙홀의 원반, 제트, 코로나 사이의 연결을 조사할 수 있게 되었다.

별의 탄생을 촉진하는 블랙홀

블랙홀은 별을 잘게 부수고, 빛을 삼키고, 우주에서 커다란 쓰레기통처럼 행동하는 것으로 가장 잘 알려져 있다.

반전으로, 허블 우주 망원경을 사용하는 천문학자들은 이러한 에너지가 넘치는 천체들이 양육적인 측면도 가지고 있다는 것을 발견했다. 허블이 왜소한 폭발성 은하를 관측한 결과, 은하 중심의 블랙홀에서 별이 태어나는 항성 육아실까지 뻗어져 있는 가스 탯줄이 드러났다. 왜소성 폭발 은하는 별의 형성량이 많은 작은 은하이다.

별의 탄생은 가스와 먼지로 이루어진 짙은 구름을 필요로 하며, 블랙홀이 제공하는 가스의 흐름은 실제로 구름과 상호작용하면서 별 탄생의 불꽃쇼를 촉발했고, 이는 별들의 무리를 형성하게 했다.

이 은하는 핍시스라는 별자리에서 약 3천만 광년 떨어진 곳에 위치해 있다. 큰 은하는 중심에 초대질량 블랙홀을 포함하고 있는 것으로 알려져 있지만, 왜소한 폭발성 은하는 더 작은 규모의 우주 환경에서도 같은 것이 가능한지에 의문을 제기해왔다. 이 왜소한 폭발성 은하는 거대한 은하계와 수십억 개의 별들과 비교했을 때 별들의 약 10분의 1밖에 없다.

처음부터 왜소한 폭발성 은하에 특이하고 특별한 일이 일어나고 있다는 것을 알았고, 이제 허블은 블랙홀과 블랙홀에서 약 230광년 떨어진 이웃 별 형성 지역의 연관성에 대한 매우 명확한 그림을 제공했다.

또한, 블랙홀에서 흘러나온 가스는 밀집된 가스 구름에 부딪혀 퍼져 나갔을 때 시간당 약 백만 마일의 속도로 움직이고 있었다. 새로운 성단들이 그것의 경로를 따라 번성하는 것을 볼 수 있으며, 블랙홀이 별을 찢는 것이 아니라 형성하는 것을 돕는 드문 경우도 있다. 큰 은하에서의 블랙홀은 빛의 속도에 거의 도달하는 과열된 물질의 분출을 내뿜는다.

왜소성 폭발 은하 내부의 더 작은 블랙홀은 훨씬 더 느리고 부드러운 속도로 물질을 방출하고 있으며, 이는 항성 탄생에 딱 맞는 조건들을 만들어 내고 있다. 왜소 은하 또한 시간이 지남에 따라 작게 남아있는 은하들을 연구하는 것은 천문학자들이 초거대 블랙홀이 우주의 역사 초기에 어떻게 존재하게 되었는지를 밝히는데 많은 도움이 된다.