하와이에 있는 쌍둥이자리 북측 망원경으로 우주 뒤뜰에서 최초의 휴면 상태 에 있는 항성질량 블랙홀을 발견 - Sciencetimes

NSF의 NOIRLab에서 운영하는 국제 쌍둥이자리 천문대를 사용하는 천문학자들이 지구에서 가장 가까운 알려진 블랙홀을 발견했습니다. 이것은 우리 은하에서 휴면 상태에 있는 항성질량 블랙홀을 명확하게 감지한 첫 번째 사례입니다. 불과 1600광년 거리에 있는 지구와의 근접성은 쌍성계의 진화에 대한 우리의 이해를 발전시키기 위한 흥미로운 연구 목표를 제공합니다.

블랙홀은 우주에서 가장 극단적인 물체입니다. 상상할 수 없을 정도로 밀도가 높은 이 천체의 초질량 버전은 모든 큰 은하의 중심에 있을 가능성이 높습니다. 태양 질량의 약 5~100배에 달하는 항성질량 블랙홀은 훨씬 더 흔하며, 우리은하에만 1억 개의 블랙홀이 있는 것으로 추산됩니다. 그러나 현재까지 확인된 것은 소수에 불과하며 거의 모두가 ‘활성’ 상태입니다. 즉, 활동하지 않는 휴면 블랙홀과 달리 근처 항성 동반자의 물질을 소비하면서 X선에서 밝게 빛납니다.

NSF의 NOIRLab이 운영하는 InternationalGemini Observatory의 쌍둥이 망원경 중 하나인 하와이의 쌍둥이자리 북쪽 망원경을 사용하는 천문학자들은 연구원들이 Gaia BH1이라고 명명한 지구에 가장 가까운 블랙홀을 발견했습니다. 이 휴면 블랙홀은 태양보다 약 10배 더 무겁고 뱀주인자리에서 약 1600광년 떨어진 곳에 위치하여 이전 기록 보유자인 Monoceros 별자리의 X선 쌍성보다 지구에 3배 더 가깝습니다. . 새로운 발견은 블랙홀의 동반자인 지구가 태양을 도는 거리와 거의 같은 거리에서 블랙홀을 도는 태양과 같은 별의 운동을 정교하게 관찰함으로써 가능했습니다.

천체 물리학 센터의 천체 물리학자인 카림 엘-바드리(Kareem El-Badry)는 “태양계를 가지고 태양이 있는 곳에 블랙홀을, 지구가 있는 곳에 태양을 넣으면 이 시스템을 얻을 수 있습니다”라고 설명했습니다. Harvard & Smithsonian및 Max Planck Institute for Astronomy, 그리고 이 발견을 설명하는 논문의 주저자입니다. “이와 같은 시스템의 탐지에 대한 주장이 많이 제기되었지만 이러한 발견은 거의 모두 이후에 반박되었습니다. 이것은 우리 은하의 항성질량 블랙홀 주위의 넓은 궤도에서 태양과 같은 별을 명확하게 탐지한 첫 번째 사례입니다.”

우리은하를 배회하는 항성질량 블랙홀이 수백만 개일 가능성이 있지만, 발견된 소수의 블랙홀은 동반성과의 활발한 상호작용으로 밝혀졌습니다. 근처 별의 물질이 블랙홀을 향해 나선형으로 들어오면서 과열되어 강력한 X선과 물질 제트를 생성합니다. 블랙홀이 적극적으로 먹이를 공급하지 않는 경우(즉, 휴면 상태인 경우) 단순히 주변 환경과 혼합됩니다.

El-Badry는 “나는 광범위한 데이터 세트와 방법을 사용하여 지난 4년 동안 휴면 블랙홀을 찾고 있었습니다.”라고 말했습니다. “나의 이전 시도는 다른 시도와 마찬가지로 블랙홀로 가장하는 이진 시스템의 동물원을 찾았지만 검색이 결실을 맺은 것은 이번이 처음입니다.”

팀은 원래 유럽 우주국의 가이아 우주선의 데이터를 분석하여 시스템이 잠재적으로 블랙홀을 호스팅하는 것으로 식별했습니다. 가이아는 보이지 않는 거대한 물체의 중력으로 인한 별의 움직임의 미세한 불규칙성을 포착했습니다. 이 시스템을 더 자세히 탐색하기 위해 El-Badry와 그의 팀은 쌍둥이자리 북쪽에 있는 쌍둥이자리 다중물체 분광기(Gemini Multi-Object Spectrograph) 장비를 사용했습니다. 이 장비는 블랙홀을 도는 동반성의 속도를 측정하고 공전 주기를 정밀하게 측정했습니다. 쌍둥이자리 추적 관찰은 궤도 운동을 제한하고 쌍성계에서 두 구성 요소의 질량을 제한하는 데 매우 중요하여 팀이 중심 천체를 우리 태양보다 약 10배 무거운 블랙홀로 식별할 수 있었습니다.

El-Badry는 “우리 쌍둥이자리의 후속 관찰은 쌍성기가 정상적인 별과 최소한 하나의 휴면 블랙홀을 포함하고 있다는 것을 합리적인 의심의 여지없이 확인시켜주었습니다.”라고 설명했습니다. “우리는 적어도 하나의 블랙홀을 포함하지 않는 시스템의 관측된 궤도를 설명할 수 있는 그럴듯한 천체 물리학 시나리오를 찾을 수 없었습니다.”

팀은 후속 관찰을 수행할 수 있는 짧은 기간만 있었기 때문에 팀은 Gemini North의 탁월한 관측 기능뿐만 아니라 촉박한 기한에 데이터를 제공할 수 있는 Gemini의 능력에 의존했습니다.

“시스템에 블랙홀이 포함되어 있다는 첫 징후를 보았을 때 두 물체가 궤도에서 가장 가까운 거리에 있기까지 일주일 밖에 없었습니다. 이 시점에서 측정은 쌍성계에서 정확한 질량 추정을 하는 데 필수적입니다.” 엘-바드리가 말했다. “짧은 시간에 관찰을 제공하는 쌍둥이자리의 능력은 프로젝트의 성공에 매우 중요했습니다. 우리가 그 좁은 창을 놓쳤다면 1년을 더 기다려야 했을 것입니다.”

쌍성계의 진화에 대한 천문학자들의 현재 모델은 Gaia BH1 시스템의 독특한 구성이 어떻게 발생했는지 설명하기가 어렵습니다. 특히, 나중에 새로 발견된 블랙홀로 변한 선조 별은 적어도 우리 태양의 20배는 되었을 것입니다. 이것은 그것이 단지 몇 백만 년만 살았을 것이라는 것을 의미합니다. 두 별이 동시에 형성되었다면 이 거대한 별은 우리 태양과 같은 적절한 수소 연소 주계열성이 되기 전에 다른 별을 부풀리고 집어삼키면서 빠르게 초거성이 되었을 것입니다.

블랙홀 쌍성 관측에서 알 수 있듯이 태양 질량의 별이 어떻게 그 에피소드에서 살아남았고 겉보기에는 정상적인 별이 되었는지는 전혀 분명하지 않습니다. 생존을 허용하는 이론적인 모델은 모두 태양 질량의 별이 실제로 관찰되는 것보다 훨씬 더 좁은 궤도에 있어야 한다고 예측합니다.

이것은 블랙홀이 쌍성계에서 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 우리의 이해에 중요한 격차가 있음을 나타낼 수 있으며, 또한 쌍성계에서 아직 탐사되지 않은 휴면 블랙홀 개체군의 존재를 시사합니다.

El-Badry는 “이 시스템이 표준 바이너리 진화 모델에 쉽게 수용되지 않는다는 점은 흥미롭습니다.”라고 결론지었습니다. “이는 이 쌍성계가 어떻게 형성되었는지, 이 휴면 블랙홀이 얼마나 많은지에 대해 많은 질문을 던집니다.”

“우주 및 지상 기반 관측소 네트워크의 일부로서 쌍둥이자리 북쪽은 현재까지 가장 가까운 블랙홀에 대한 강력한 증거를 제공했을 뿐만 아니라 블랙홀과 상호 작용하는 일반적인 뜨거운 가스에 의해 어수선하지 않은 최초의 깨끗한 블랙홀 시스템을 제공했습니다. “라고 NSF 제미니 프로그램 책임자 Martin Still은 말했습니다. “이것은 잠재적으로 우리 은하에서 예상되는 휴면 블랙홀 개체수에 대한 미래의 발견을 암시하지만, 관측 또한 해결해야 할 미스터리를 남깁니다. 이국적인 이웃과 공유된 역사에도 불구하고 이 쌍성계의 동반성은 왜 그렇게 정상적인가? “

쌍둥이자리 북쪽 관측은 감독의 임의 시간 프로그램(프로그램 ID: GN-2022B-DD-202)의 일부로 이루어졌습니다.

국제 쌍둥이자리 천문대는 미국 국립과학재단을 통해 미국, 캐나다 국립연구위원회를 통해 캐나다, 칠레 국립연구개발청을 통해 칠레, 과학기술부를 통해 브라질 등 6개국이 협력하여 운영하고 있습니다. 및 혁신, 과학 기술 혁신부를 통해 아르헨티나, 그리고 한국천문연구원을 통해 한국. 이 참가자와 Gemini에 정기적으로 액세스할 수 있는 University of Hawaii는 각각 로컬 사용자를 지원하기 위해 “National Gemini Office”를 유지합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221104113504.htm