충돌로 생성된 '화석은하'에서 두 개의 초거대질량 블랙홀이 발견되었는데, 이들은 너무 거대해서 충돌과 병합을 거부합니다. 이 발견은 이론적으로는 초거대 블랙홀 합병이 예측되었음에도 불구하고 결코 관찰되지 않은 이유를 설명할 수 있습니다.
초대질량 블랙홀 시스템은 타원 은하 B2 0402+379에 위치해 있습니다. 두 개의 블랙홀을 합친 질량은 28이다. 10억 크기는 태양의 두 배 이상으로 지금까지 본 블랙홀 중 가장 거대한 쌍성 블랙홀입니다. 뿐만 아니라, 이 시스템의 쌍성 구성 요소는 단 24광년 거리에 있는 한 쌍의 초대질량 블랙홀에서 가장 가깝습니다.
이것은 두 물체를 별도로 볼 수 있을 만큼 자세하게 분해된 유일한 쌍성 블랙홀입니다. 흥미롭게도 두 물체의 근접성은 충돌하고 합쳐져야 한다는 것을 암시하지만, 그들은 30억년 이상 동안 서로 주위에서 동일한 궤도 춤을 추는 것처럼 보입니다.
관련된: 지구에 가장 가까운 초거대 블랙홀 쌍은 은하 충돌의 잔해에 위치해 있습니다.
하와이 제미니 노스 망원경이 수집한 데이터에서 이 쌍성을 발견한 팀은 초대질량 블랙홀이 엄청난 질량으로 인해 병합되는 것을 방지한다고 믿고 있습니다.
연구팀의 일원이자 스탠포드 대학 물리학 교수인 로저 로마니(Roger Romani)는 “일반적으로 더 가벼운 블랙홀 쌍을 포함하는 은하에는 두 블랙홀을 빠르게 밀어낼 만큼 충분한 별과 질량이 있는 것으로 보인다”고 말했습니다. 성명. “이 쌍은 너무 무겁기 때문에 작업을 완료하려면 많은 별과 가스가 필요했을 것입니다. 그러나 두 사람은 중앙 은하계에서 그러한 물질을 제거하여 작동할 수 없게 만들었습니다.”
두 쌍의 초대질량 블랙홀은 아직 호환되지 않습니다.
B2 0402+379는 수많은 별과 가스가 하나의 거대한 은하로 합쳐질 때 일어나는 일을 나타내는 “화석 클러스터”입니다. 중심부에 있는 두 개의 초거대 블랙홀의 질량은 더 작은 블랙홀들 사이의 일련의 합병이 성단의 여러 은하가 만나 합쳐질 때 블랙홀을 생성했음을 시사합니다.
과학자들은 전부는 아니더라도 대부분의 은하의 중심에는 태양의 수백만 또는 수십억 개에 해당하는 질량을 지닌 거대한 블랙홀이 있다고 믿습니다. 하나의 별은 붕괴하여 이러한 거대한 블랙홀을 생성할 수 없기 때문에, 더 큰 블랙홀과 더 무거운 블랙홀 간의 일련의 합병을 통해 초거대 블랙홀이 탄생하는 것으로 생각됩니다.
동일한 은하가 충돌하고 합쳐지면 과학자들은 은하 중심부에 있는 초대질량 블랙홀이 함께 움직여 쌍성쌍을 형성한다는 가설을 세웁니다. 서로 궤도를 돌 때 이 블랙홀은 중력파라는 시공간 파동을 방출합니다. 중력파는 각운동량을 듀오로부터 멀어지게 하여 블랙홀이 더 가깝게 궤도를 돌게 만듭니다.
결국 블랙홀이 서로 충분히 가까워지면 중력이 지배하게 되고, 블랙홀을 생성하기 위해 충돌한 블랙홀이 그랬던 것처럼 블랙홀도 충돌하고 합쳐집니다. 문제는 일부 초거대질량 블랙홀이 너무 커서 충돌이 멈출 수 있느냐는 것입니다.
이 무거운 블랙홀 시스템을 더 잘 이해하기 위해 팀은 Gemini North의 Gemini Multi-Object Spectrograph(GSO) 장비로 수집한 보관 데이터를 활용했습니다. 이를 통해 그들은 두 개의 초대질량 블랙홀 근처에 있는 별의 속도와 두 블랙홀의 총 질량을 결정할 수 있습니다.
“GMOS의 탁월한 감도 덕분에 우리는 은하 중심을 들여다볼 때 별의 속도가 증가하는 지도를 그릴 수 있었습니다.”라고 Roman은 덧붙였습니다. “이를 통해 우리는 바깥에 있는 블랙홀의 전체 질량을 추론할 수 있었습니다.“.
중단된 합병
시스템에 있는 두 개의 블랙홀의 질량이 너무 커서 팀은 두 개의 초거대 블랙홀을 더 가깝게 만들려면 주변에 유난히 많은 수의 별이 필요할 것이라고 믿고 있습니다. 그러나 이런 일이 일어나는 동안, 두 사람에게서 새어나온 에너지는 물질을 근처에서 멀리 날려버리고 있었습니다.
이로 인해 B2 0402+379의 중심에는 쌍성에 충분히 가까운 별과 가스가 없어 에너지를 추출할 수 있게 되었습니다. 그 결과, 두 초거대 블랙홀이 서로를 향해 나아가는 과정은 합쳐지기 전 마지막 단계에 가까워지면서 중단됐다.
연구팀의 결과는 은하 합병 후 초거대 쌍성 블랙홀의 형성에 관한 중요한 맥락을 제공할 뿐만 아니라 이러한 쌍성 블랙홀의 질량이 블랙홀이 뒤따르는 것을 방지하는 데 필수적이라는 아이디어를 뒷받침합니다.
연구팀은 지금까지 발견된 가장 무거운 쌍성에 있는 두 개의 초대질량 블랙홀이 결국 핵융합의 정지 상태를 극복할 것인지, 아니면 영구적으로 융합 불확실한 상태로 남게 될 것인지를 현재 확신하지 못하고 있습니다.
이번 연구의 주 저자이자 스탠포드 학부생인 티라스 수르티(Tirath Surti)는 “우리는 얼마나 많은 가스가 존재하는지 살펴볼 B2 0402+379의 핵심에 대한 후속 조사를 기대하고 있습니다.”라고 말했습니다. “이것은 우리에게 초거대 블랙홀이 결국 합쳐질 수 있는지, 아니면 바이너리로 남아있을 것인지에 대한 더 많은 통찰력을 제공할 것입니다.”
이 대규모 대결을 멈출 수 있는 한 가지 방법은 다른 은하가 B2 0402+379와 합쳐져 더 많은 별, 가스 및 또 다른 거대한 블랙홀을 혼합하여 이 미묘한 균형을 깨뜨리는 것입니다. 그러나 B2 0402+379가 수십억 년 동안 교란되지 않은 화석 은하라는 사실이 이러한 시나리오를 가능하게 만든다.
이 연구에서 확인된 것 중 하나는 칠레 안데스 산맥에 있는 Gemini South 망원경과 결합되어 Gemini International Observatory를 형성하는 Gemini North와 같은 망원경의 보관 데이터가 천문학자들에게 얼마나 유용한지입니다.
국립과학재단(National Science Foundation)의 Gemini International Observatory 프로그램 책임자인 Martin Steele은 “Gemini International Observatory를 제공하는 데이터 아카이브에는 아직 개발되지 않은 과학적 발견의 금광이 포함되어 있습니다.”라고 말했습니다. “이 거대한 블랙홀 바이너리에 대한 집단적 측정은 이 풍부한 아카이브를 탐구하는 새로운 연구의 잠재적 영향을 보여주는 놀라운 예입니다.”
팀의 연구는 다음과 같이 출판되었습니다. 천체 물리학 저널.
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