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우리는 마침내 블랙홀이 우주에서 가장 밝은 빛을 생성하는 방법을 알게 되었습니다.

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우리가 감지할 수 있는 어떤 빛도 방출하지 않는 것에 대해 블랙홀은 빛으로 자신을 은폐하는 것을 좋아합니다.

사실 우주에서 가장 밝은 빛 중 일부는 초대질량 블랙홀에서 나옵니다. 사실 블랙홀 자체는 아닙니다. 주변 환경에서 막대한 양의 물질을 적극적으로 빨아들이는 것은 주변 물질입니다.

소용돌이치는 뜨거운 물질의 소용돌이 중 가장 밝은 것은 블레이저라고 알려진 은하입니다. 그들은 소용돌이치는 코트의 열기로 빛날 뿐만 아니라 물질을 우주를 확대하는 ‘타오르는’ 광선으로 보내 헤아릴 수 없는 에너지의 전자기 복사를 발산합니다.

과학자들은 마침내 수십억 년 전부터 우리에게 도달하는 놀라운 고에너지 빛을 생성하는 메커니즘을 알아냈습니다. 입자의 속도를 놀라운 속도로 높이는 블랙홀 제트의 충격입니다.

“이것은 우리가 해결한 40년 된 미스터리입니다.”라고 ESO(FINCA)의 핀란드 천문학 센터의 천문학자 Yannis Liodakis는 말합니다. “우리는 마침내 퍼즐의 모든 조각을 얻었고 그들이 만든 그림은 분명했습니다.”

우주에 있는 대부분의 은하들은 초대질량 블랙홀 주위에 만들어졌습니다. 이 놀랍도록 큰 물체는 은하 중심에 앉아 때로는 아주 작은 일을 하고(은하수 중심에 있는 블랙홀인 궁수자리 A*와 같이) 때로는 많은 일을 합니다.

그 활동은 자료를 축적하는 것으로 구성됩니다. 광대한 구름이 블랙홀 주변의 적도 원반에 모여 배수구 주변의 물처럼 블랙홀을 돌고 있습니다. 블랙홀을 둘러싼 극한 공간에서 작용하는 마찰 및 중력 상호 작용으로 인해 이 물질이 가열되어 다양한 파장에 걸쳐 밝게 빛납니다. 그것은 블랙홀 빛의 한 소스입니다.

블레이저에서 사용되는 다른 하나는 블랙홀 외부의 극지방에서 디스크에 수직으로 발사된 물질의 쌍둥이 제트기입니다. 이 제트는 블랙홀을 향해 떨어지는 것이 아니라 외부 자기장 라인을 따라 극으로 가속되어 광속에 가까운 매우 빠른 속도로 발사되는 디스크의 내부 가장자리에서 나오는 물질로 생각됩니다. .

은하가 블레이저로 분류되려면 이러한 제트가 관찰자를 거의 직접적으로 향해야 합니다. 그게 지구에 있는 우리입니다. 극도의 입자 가속 덕분에 고에너지 감마선 및 X선을 포함하여 전자기 스펙트럼 전반에 걸쳐 빛으로 빛납니다.

이 제트가 어떻게 입자를 그렇게 빠른 속도로 가속시키는지는 수십 년 동안 거대한 우주적 물음표였습니다. 그러나 이제 2021년 12월에 출시된 IXPE(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)라는 강력한 새 X선 망원경이 과학자들에게 미스터리를 풀 수 있는 열쇠를 제공했습니다. 이것은 X선의 방향 또는 편광을 보여주는 최초의 우주 망원경입니다.

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“이 종류의 소스에 대한 최초의 X선 편광 측정은 무선에서 매우 높은 에너지 감마선에 이르기까지 빛의 다른 주파수를 관찰하여 개발된 모델과 처음으로 직접적인 비교를 허용했습니다.”라고 천문학자 Immacolata Donnarumma는 말합니다. 이탈리아 우주국.

IXPE는 헤라클레스 별자리에서 4억 6천만 광년 떨어진 곳에 위치한 우리 하늘에서 가장 밝은 고에너지 물체인 Markarian 501이라고 불리는 블레이저로 눈을 돌렸습니다. 2022년 3월 총 6일 동안 망원경은 블레이저 제트에서 방출되는 X선 빛에 대한 데이터를 수집했습니다.

Markarian 501을 관찰하는 IXPE를 보여주는 그림으로, 빛이 쇼크 프런트에서 멀어짐에 따라 에너지가 손실됩니다. (파블로 가르시아/NASA/MSFC)

동시에 다른 천문대는 이전에 Markarian 501에 대해 사용할 수 있는 유일한 데이터였던 라디오에서 광학에 이르기까지 다른 파장 범위의 빛을 측정하고 있었습니다.

팀은 곧 X선 조명에서 이상한 차이를 발견했습니다. 그것의 방향은 낮은 에너지 파장보다 훨씬 더 꼬이거나 편광되었습니다. 그리고 광학적 빛은 무선 주파수보다 더 편광되었습니다.

그러나 편광의 방향은 모든 파장에 대해 동일했고 제트의 방향과 정렬되었습니다. 이것은 제트의 충격이 제트의 길이를 따라 추가 가속을 제공하는 충격파를 생성하는 모델과 일치한다는 것을 팀이 발견했습니다. 충격에 가장 가까울수록 가속도가 가장 높아져 X선이 생성됩니다. 제트를 따라 멀어질수록 입자는 에너지를 잃어 낮은 에너지의 광학 방출을 생성한 다음 더 낮은 편광으로 라디오 방출을 생성합니다.

“충격파가 영역을 가로지르면 자기장이 강해지고 입자의 에너지가 높아집니다.” 보스턴 대학의 천문학자 Alan Marscher는 말합니다. “에너지는 충격파를 만드는 물질의 운동 에너지에서 나옵니다.”

무엇이 충격을 일으키는지는 분명하지 않지만 한 가지 가능한 메커니즘은 제트기의 더 빠른 물질이 더 느리게 움직이는 덩어리를 따라잡아 충돌을 일으키는 것입니다. 향후 연구가 이 가설을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

블레이저는 우주에서 가장 강력한 입자 가속기 중 하나이며 극한 물리학을 이해하기 위한 최고의 실험실 중 하나이기 때문에 이 연구는 매우 중요한 퍼즐 조각입니다.

향후 연구는 Markarian 501을 계속 관찰하고 IXPE를 다른 블레이저로 전환하여 유사한 편광이 감지될 수 있는지 확인할 것입니다.

이 연구는 자연천문학.

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