천문학자들은 처음으로 거대질량 블랙홀을 둘러싸고 있는 물질 원반의 바깥쪽 가장자리를 관찰했습니다.
이러한 관찰은 과학자들이 이러한 우주 괴물을 둘러싸고 있는 구조를 더 잘 측정하고, 블랙홀이 그러한 구조에 어떻게 영향을 미치는지 이해하고, 이러한 먹이 공급이 그러한 현상을 품고 있는 은하의 진화에 어떻게 영향을 미치는지 종합하는 데 도움이 될 수 있습니다.
피더 블랙홀은 활성은하핵(AGN)이라고 불리는 놀라운 밝기 영역의 중심에 있습니다. 태양보다 질량이 수백만 배, 심지어 수십억 배 더 클 수 있는 이 블랙홀 바로 주변에는 중심 초거대체로 점진적으로 공급되는 가스와 먼지로 구성된 회전 디스크가 있습니다.
그러한 초거대 블랙홀의 놀라운 중력 효과로 인해 강착 원반의 물질은 최대 화씨 1,800만 도(섭씨 1,000만 도)의 온도에 도달하게 됩니다. 이로 인해 구조는 고에너지 감마선 및 X선부터 가시광선, 적외선 및 전파에 이르기까지 전체 전자기 스펙트럼에 걸쳐 방사선을 방출합니다. 퀘이사라고도 불리는 활성 은하 핵에서 방출되는 이러한 방출은 너무 밝아서 주변 은하계의 각 별에서 나오는 결합된 빛보다 더 밝을 수 있습니다.
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그러나 이러한 강력한 출력에도 불구하고 강착원반은 상대적으로 작고 많은 것이 엄청나게 먼 은하계에 위치하기 때문에 직접 이미지화하기가 어렵습니다. 그러나 대안으로 천문학자들은 강착 원반에서 나오는 빛의 전체 스펙트럼을 사용하여 물리학을 이해하고 크기도 결정할 수 있습니다.
이는 브라질 국립우주연구소 연구진이 이끄는 팀이 채택한 기술이다. Dinemara Dias dos Santos와 Alberto Rodríguez Ardela는 은하 메시에 106(M 106)의 중심부에 위치한 먼 퀘이사 III Zw 002의 강착 원반을 연구했습니다. M 106은 지구에서 약 2,400만 광년 떨어진 금성 지팡이자리에 살고 있습니다.
연구팀은 처음으로 이 퀘이사의 강착원반에서 나오는 빛의 스펙트럼에서 근적외선 방출선을 확인했습니다. 이 선은 연구자들이 태양 질량의 400~500배에 달하는 질량을 갖는 것으로 밝혀진 초대질량 블랙홀을 공급하는 판형 구조의 크기를 결정하는 데 도움이 되었습니다.
“이 발견은 우리에게 이 특정 은하의 광대역 영역의 구조와 행동에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 활동 은하의 초거대 블랙홀 주변에서 발생하는 매혹적인 현상에 대한 빛을 제공합니다.” Rodriguez-Ardela 그는 성명에서 말했다.
알약 축적에 대한 설렘
팀이 연구한 것과 같은 방출선은 원자가 에너지를 흡수하고 물리학자들이 “여기 상태”라고 부르는 상태를 채택할 때 발생합니다. 결국 이러한 원자는 가장 낮은 에너지 상태, 즉 “바닥 상태”로 돌아가야 합니다. 이렇게 바닥 상태로 떨어지면 빛이 방출됩니다. 각 원소는 고유한 에너지 준위 세트, 특정 원소 원자의 파장 및 에너지 특성을 갖기 때문입니다.
이는 빛 스펙트럼의 이러한 방출이 별, 행성의 대기 및 이 경우 블랙홀 주변의 강착 원반의 요소를 식별하는 데 도움이 될 수 있음을 의미합니다.
별과 다른 광원에서 나오는 방출선은 스펙트럼에서 얇은 돌기로 나타나지만 초대질량 블랙홀 주변의 격렬한 조건으로 인해 강착원반의 방출선은 다른 모양을 갖게 됩니다.
초대질량 블랙홀 근처의 물질이 빛의 속도에 가까운 속도로 가속됨에 따라 관련 방출선이 넓어지고 피크가 더 얕아집니다. 이러한 방출이 발생하는 지역을 강착원반 광역선 지역이라고 합니다.
강착 원반의 한쪽이 지구를 향해 이동하면 다른 쪽은 멀어집니다. 이로 인해 우리를 향해 회전하는 측면의 짧은 파장의 빛과 멀어지는 부착 디스크 측면의 긴 파장의 빛이 발생합니다.
이것은 도시의 거리에서 구급차가 당신을 향해 다가올 때 이곳 지상에서 일어나는 일과 유사합니다. 사이렌의 음파가 결합되어 단파장 소리와 고주파 소리가 생성됩니다. 구급차가 멀어질수록 음파는 확장되고 사이렌의 주파수는 감소합니다.
이 현상을 도플러 편이라고 하며, 강착 원반을 떠나는 빛의 경우 두 개의 봉우리가 나타나게 됩니다. 하나는 지구에서 멀어지는 쪽과 다른 하나는 지구를 향해 빠르게 이동하는 쪽입니다.
이렇게 넓어지고 이중 정점을 이루는 방출이 강착 원반의 내부 영역에서 나오는 것이 보일 때, 이는 천문학자들에게 강착 원반의 크기에 대한 어떤 힌트도 주지 않습니다. 그러나 이 선이 바깥쪽 가장자리에서 보인다면 그럴 것입니다.
이 천문학자 팀은 III Zw 002의 넓은 선 영역에서 두 개의 이중 봉우리 근적외선 프로파일을 명백히 발견했습니다. 이 선은 넓은 선 원반의 내부 영역에서 수소로부터 발생하는 선이고 이 영역의 외부 경계에 있는 산소 생성 선입니다. .
방출선은 전체 근적외선 스펙트럼을 동시에 관찰할 수 있는 GNIRS(Gemini Near Infrared Spectrograph)가 수집한 데이터 내에서 발견되었습니다. 이를 통해 팀은 깨끗하고 지속적으로 보정된 단일 퀘이사의 스펙트럼을 포착할 수 있었습니다.
Rodriguez Ardilla는 “이전에는 III Zw 002에 이러한 이중 피크 모양이 있다는 것을 몰랐지만 데이터를 줄였을 때 이중 피크가 매우 명확하게 나타났습니다.”라고 말했습니다. “실제로 우리는 그것이 틀릴지도 모른다고 생각하여 데이터를 여러 번 줄였지만 매번 똑같은 흥미로운 결과를 보았습니다.”
연구팀은 수소선이 중심 초거대 블랙홀로부터 16.77광일 거리에서 시작되는 반면, 산소선은 반경 18.86광일 거리에서 시작된다는 사실을 확인할 수 있었기 때문에 이는 강착 원반의 크기를 제한하는 데 도움이 되었습니다. .
천문학자들은 또한 광폭 지역의 크기를 결정할 수 있었고, 그 외부 반경은 52.43 광일로 추정했습니다. 또한 연구팀은 강착원반의 넓은 선 영역이 지구에 대해 18도 기울어져 있음을 계산할 수 있었다.
팀은 계속해서 퀘이사 III Zw 002를 관찰하고 시간이 지남에 따라 변화하는 이미지를 관찰할 뿐만 아니라 근적외선을 사용하여 다른 AGN을 연구하는 방법도 조사할 것입니다.
해당 연구는 지난 8월에 발표됐다. 천체 물리학 저널 편지.
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