2020년, eRosita X선 망원경은 우리 은하의 중심 위아래로 뻗어 있는 두 개의 거대한 거품 이미지를 포착했습니다. 그 이후로 천문학자들은 그들의 기원에 대해 논쟁을 벌여왔습니다. 이제 새로운 연구에 따르면 거품은 은하수 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 강력한 분출 결과입니다. 네이처 천문학(Nature Astronomy) 저널에 발표된 이 연구는 제트가 물질을 분출하기 시작한 것은 약 260만년 전이며 약 10만년 동안 지속되었음을 보여줍니다.
연구팀의 결과는 2010년에 발견된 거품과 헤이즈(은하 중심 근처에 있는 하전 입자의 헤이즈)가 동일한 초대질량 블랙홀 에너지 플럭스에 의해 형성되었음을 보여줍니다. 이 연구는 UM 및 위스콘신 대학교와 공동으로 국립청화대학교에서 수행했습니다.
이 연구의 공동 저자인 UM의 천문학자 Mateusz Ruszkowski는 블랙홀이 내부에 있는 은하와 어떻게 상호작용하는지 이해할 필요가 있다고 말했습니다. 초대질량 블랙홀에 의해 구동되는 페르미 거품 또는 eRosita 모델을 믿는다면 이러한 심오한 질문에 대한 답을 시작할 수 있습니다.
이러한 거품을 설명하는 두 가지 경쟁 모델이 있는데, 이를 관찰한 망원경의 이름을 따서 Fermi 거품과 eRosita 거품이라고 합니다.
첫 번째는 유출이 핵 별 형성에 의해 발생한다고 제안합니다. 핵 별은 초신성에서 폭발하여 물질을 방출합니다. 과학자들의 발견이 뒷받침하는 두 번째 모델은 이러한 유출이 우리 은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀에서 방출된 에너지에 의해 발생한다고 제안합니다.
이러한 블랙홀 방출은 물질이 블랙홀을 향해 이동할 때 발생하지만 결코 블랙홀의 사건 지평선을 가로지르지 않습니다. 이 물질의 일부는 다시 우주로 방출되기 때문에 블랙홀은 통제 불능 상태로 자라지 않습니다. 그러나 블랙홀이 방출하는 에너지는 블랙홀 근처의 물질을 이동시켜 큰 거품을 생성합니다.
구조물 자체의 높이는 11킬로파섹입니다. 1파섹은 3.26광년으로 빛이 1년에 가는 거리의 약 3배에 해당한다. 따라서 구조의 너비는 거의 36,000광년입니다.
비교를 위해 우리은하의 지름은 30킬로파섹이고 우리 태양계는 은하의 중심에서 약 8킬로파섹 떨어져 있다. eRosita 기포는 페르미 기포의 약 2배 크기이며 페르미 기포가 밀어내는 에너지 파동이나 충격파에 의해 팽창한다고 연구원들은 말합니다.
천문학자들은 eRosita 거품을 관찰하는 데 관심이 있습니다. 그 이유는 부분적으로 그것이 다른 은하가 아닌 우리 은하에서 기원하기 때문입니다. 유출물에 근접해 있다는 것은 천문학자들이 방대한 양의 데이터를 수집할 수 있다는 것을 의미한다고 과학자들은 말합니다. 이 데이터는 천문학자들에게 블랙홀 제트에 얼마나 많은 에너지가 있는지, 그 에너지가 얼마나 오래 주입되었는지, 거품이 어떤 재료로 만들어졌는지 알려줄 수 있습니다.
과학자들은 별 형성 모델을 배제할 수 있을 뿐만 아니라 이 초대형 블랙홀 모델 내에서 동일한 이미지 또는 현실과 매우 유사한 것을 생성하는 데 필요한 매개변수를 미세 조정할 수 있다고 말합니다. 우리는 얼마나 많은 에너지가 펌핑되었는지, 거품 내부에 무엇이 있는지, 거품을 생성하기 위해 에너지가 주입된 시간과 같은 특정 사항을 더 잘 제한할 수 있습니다.
그들은 안에 무엇을 가지고 있습니까? 고에너지 방사선의 한 형태인 우주선. eRosita 거품은 내용물이 알려지지 않은 페르미 거품을 둘러싸고 있습니다. 그러나 연구원들의 모델은 각 구조 내부의 우주선의 수를 예측할 수 있습니다. 블랙홀의 에너지 주입은 거품을 부풀렸고 에너지 자체는 광선의 운동, 열, 우주 에너지의 형태였다. 이러한 형태의 에너지 중 페르미 임무는 우주선 감마선 신호만 감지할 수 있었습니다.
우리의 시뮬레이션은 우주선과 은하수 내부의 가스 사이의 상호 작용을 고려한다는 점에서 독특합니다. 블랙홀 제트에 의해 주입된 우주선은 팽창하여 감마선으로 빛나는 페르미 거품을 형성한다고 천문학자들은 말합니다.
동일한 폭발이 가스를 은하 중심에서 밀어내고 eRosita 거품으로 관찰되는 충격파를 형성합니다. eRosita 거품에 대한 새로운 관찰을 통해 우리는 블랙홀 활동 기간을 더 정확하게 제한하고 우리 은하의 역사를 더 잘 이해할 수 있었습니다.
연구원들의 모델은 핵별 형성 이론을 배제합니다. 왜냐하면 핵 별 형성의 전형적인 지속 기간, 따라서 별 형성이 거품 형성 에너지를 도입하는 기간이 약 1천만 년이기 때문입니다.
천문학자들은 eRosita 임무, NASA의 페르미 감마선 우주 망원경, 플랑크 천문대, 윌킨슨 마이크로파 이방성 탐사선의 데이터를 사용했습니다.
이번 연구는 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 게재됐다.
2022-03-11 10:22:54
작가: Vitalii Babkin