HST-1

 

 

사진설명 > 허블우주망원경의 자외선 영역에서 촬영된 이 사진들은 거대 타원은하 M87의 핵에서 폭발해나온 빛나는 제트의 모습을 보여주고 있다.

M87은 처녀자리 은하단에 5천 4백만 광년 거리에 위치하고 있다. 

밝은 섬광은 이 제트에 담겨 있는 HST-1이라 부르는 뜨거운 가스의 점으로부터 발생하는 것이다.

이 제트는 지금까지 발견된 블랙홀 중 가장 무거운 축에 속하는 거대 블랙홀의 강착원반에 의해 에너지를 공급받고 있다.

위의 3개 사진은 허블 STIS에 의해 촬영된 것이며, 아래 3개 사진은 허블 ACS에 의해 촬영된 것이다.

 각 사진에서 M87의 핵은 하단 좌측에 위치하고 있다.

중앙의 밝은 점이 HST-1이고, 오른쪽으로 죽 뻗어보이는 밝은 물질은 제트를 형성하고 있는 소립자의 흐름으로 자외선 영역에서 밝은 빛을 쏟아내고 있다.

지난 7년간 축적된 허블의 관측자료에 따르면 이 제트의 밝기는 계속 증가하여 결국 M87 은하의 밝은 핵보다도 훨씬 밝은 빛을 발산하게 되었다.

ACS 사진은 2005년 5월 9일 촬영되었으며 이 사진에서 HST-1이 M87의 핵보다 훨씬 밝은 빛을 쏟아내고 있음이 밝혀졌다.

HST-1은 은하핵으로부터 214광년 떨어져 있다.

허블의 고해상도 이미지는 천문학자들이 밝은 점을 또렷이 볼 수 있게 해 주었으며 이를 통해 HST-1이 자신의 은하핵과 분리되어 존재하는 것임을 알수 있게 되었다.

 

Full Story>

거대 블랙홀로부터 쏟아져 나오는 제트의 섬광이 천문학자들에게 놀라운 불꽃 쇼를 보여주고 있다.

이 폭발은 거대 타원은하 M87의 중심에 위치한 거대질량의 블랙홀이 만들어낸 고온 가스의 강력한 협대역 분출광선인 제트에 포함된 HST-1이라 불리는 물질덩어리로부터 발생하는 것이다.

 

HST-1의 빛은 대단히 밝아서 지금까지 알려진 블랙홀 중 가장 거대한 질량을 자랑하는 블랙홀을 가진 M87 은하의 중심핵보다도 더 밝게 빛나고 있다.

이 불타는 가스 다발은 천문학자들을 마치 롤러코스터에 태운듯이 서스펜스의 세계로 안내하고 있다.

 

천문학자들이 HST-1을 관측한 이래 이 밝은 불빛은 수년간을 유지되다가 사그러들었다가 다시 밝아졌다가를 반복하고 있다.

따라서 천문학자들은 다음 단계에서는 어떤 일이 일어날지 예측하는 것이 매우 어려운 일이라고 말한다.

NASA의 허블우주망원경은 지난 7년동안 이 놀라운 활동을 지속적으로 관측해왔고, 자외선 영역에서 가장 세밀한 데이터를 획득하여 제공해주고 있다.

 

다른 망원경들도 라디오파나 X선 영역과 같은 다른 파장 대에서 HST-1을 계속 관측해오고 있다.

찬드라 X선 망원경의 경우 지난 2000년에 이 빛을 처음으로 보고했다.

HST-1이 처음으로 발견되어 명명된 것은 1999년 허블우주망원경을 이용한 천문학자들에  의해서였다.

 

이 밝은 점은 M87은하의 중심으로부터 214광년 떨어져 있다.

이 불꽃은 아주 먼거리에 떨어져 있어 연구가 쉽지 않은 은하의 블랙홀 제트에 대한 변이성을 밝혀주는 단서를 제공해 줄 수 있을지도 모른다.

 

M87 까지의 거리는 5천 4백만 광년으로 우리 주변 우주에서 가장 고밀도로 은하들이 몰려 있는 처녀자리 은하단에 위치하고 있다. 

 

온타리오 주, 헤밀톤 맥마스터 대학의 천문학자 후안 마드리드(Juan Madrid)의 설명은 다음과 같다.
"저는 M87의 제트를 비롯해서, 블랙홀의 응축작용에 에너지를 공급받고 있는 다른 제트에서도 이런 식으로 빛의 광도가 증가되는 현상 자체를 기대한 적이 없었습니다.
HST-1의 경우 그 밝기는 평상시보다 90배 이상이나 밝아졌는데, 저는 이러한 현상이 각각의 제트마다에서 발생하고 있는 것인지, 아니면 활성은하핵에서 발생하는 것인지 아니면 우리가 예측치 못한 M87은하의 어떤 활동을 보고 있는 것인지 여전히 의문을 가지고 있습니다."

 

허블 우주망원경은 천문학자들에게 이 섬광에 대한 근자외선 영상을 제공해 주고 있는데 이는 지상의 천문대에서는 절대 얻을 수 없는 자료이다.

마드리드 역시 이처럼 블랙홀과 분리되어 있는 HST-1의 모습은 허블망원경이기에 가능한 것이라고 말했다.

 

허블우주망원경이나 다른 망원경이 촬영한 수많은 관측자료에도 불구하고 천문학자들은 무엇이 이러한 빛을 가능하게 하는지 여전히 확신하지 못하고 있다.

이러한 현상에 대한 가장 단순한 설명이라면, 제트가 먼지대역이나 가스구름과 충돌면서 그 충돌로부터 발생하는 불꽃이라는 설명을 들 수 있을 것이다. 

또 한가지 가능성은 제트의 자기장 대역에서 쏟아져 나온 엄청난 양의 에너지가 서로 압착되면서 생기는 현상일 가능성도 있다는 점이다.

이러한 현상은 태양에서 플레어가 발생하는 원리와 비슷할 수도 있고 심지어는 지구에서 오로라가 발생하는 메커니즘과도 유사하다 볼 수도 있다.

 

블랙홀 주변을 빠른 속도로 휘감아 돌고 있는 원반은 블랙홀로 빨려드는 이온가스를 포획하여 일련의 자기장 라인을 형성하게 된다.  

그리고 이 입자들은 복사선을 따라 빠른속도로 블랙홀의 반대쪽으로 밀쳐진다.

이렇게 형성되는 제트는 강착원반의 회전에너지로부터 운동에너지를 공급받는다.

 

마드리드는 허블우주망원경이 7년간에 걸쳐 모은 HST-1의 사진들을 조합하였다.

허블이 촬영한 자료에는 제트가 아닌 은하자체를 연구하기 위한 프로그램의 일환으로 얻어진 자료들도 있었다.

 

이 자료들에서 마드리는 1999년과 2001년 사이 대단히 밝은빛을 보여주는 허블 STIS(the Space Telescope Imaging Spectrograph)의 데이터를 발견하였다.

 

2002년과 2005년에 이르는 기간의 자료에서는 지속적으로 밝기가 증가하고 있는 HST-1의 모습을 볼 수 있었는데 2003년에 제트의 점으로부터 발생한 빛은 M87 은하핵의 밝기를 넘어섰다.

2005년의 HST-1은 1999년에 비해 부려 90배 이상 밝아졌다.

2005년 5월 기점으로 빛이 희미해지기 시작했지만, 2006년 11월에는 다시 밝아지는 모습을 볼 수 있었고, 그러나 이때의 빛은 첫번째보다는 훨씬 희미한 수준이었다.

마드리드의 소감은 다음과 같다.

"수년동안 이 폭발을 관찰함으로써, 전시대에 걸치 HST-1의 진화양상과 밝기를 알수 있게 되었습니다.

허블이나 찬드라 망원경과 같은 망원경을 가진 우리는 참 운이 좋은 것입니다.
만약 이들이 아니었다면 우리는 이 밝기의 증가가 M87의 핵에서 발생하는 것으로 알고 있었거나 아니면 이 빛이 어디로부터 오는지조차도 모르고 있었을 것이기 때문입니다."

마드리드는 미래의 관측장비를 통해 HST-1에서 발생하고 있는 신비한 현상의 원인이 밝혀지기를 희망하고 있다.

"우리는 앞으로의 관측을 통해 이러한 불꽃이 발생하는 원인에 대하여 훌륭한 설명을  해줄 수 있는 멋진 이론이 도출되기를 희망합니다.
천문학자들은 이러한 현상이 제트가 은하 바깥으로 내처지는데서 오는 본질적인 불안정성 때문인지 혹은 또 다른 이유가 있는지의 여부를 알고 싶어합니다." 

이번 연구결과는 2009년 4월 'Astronomical Journal'지에 발표되었다.

 

 

 

 

 

* '허블사이트'폴더에는 미국측 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역하고 게시하고 있습니다.
   본 내용은 2009년 4월 14일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : M87을 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 수 있습니다.
       - 은하 일반 :  https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하그룹 :  https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 :  https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

원문>

ABOUT THIS IMAGE:

These images taken in ultraviolet light by NASA's Hubble Space Telescope reveal the brightening of a jet of gas blasting from the core of the gigantic elliptical galaxy M87. M87 is located 54 million light-years away in the Virgo Cluster.

The flare-up is coming from a knot of hot gas, called HST-1, embedded in the jet. The jet is powered by accretion onto a supermassive black hole, one of the most massive black holes yet discovered.

Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) snapped the top row of images and Hubble's Advanced Camera for Surveys (ACS) the bottom row. The core of M87 is located at lower left in the images. HST-1 is the bright blob at center. The glowing material at far right is part of a stream of particles in the jet that speed up and glow in the ultraviolet.

The Hubble images, obtained from the Hubble archive, show the jet growing brighter over a seven-year period, eventually outshining even the luminous core of M87. The ACS image taken on May 9, 2005, reveals that HST-1 has become brighter than M87's core. HST-1 is 214 light-years from the core.

Hubble's crisp vision gives astronomers a clear view of the brightening knot. The telescope resolves HST-1 and separates it from the galaxy's core.

 

 

The full news release story:

 

A flare-up in a jet of matter blasting from a monster black hole is giving astronomers an incredible light show.

The outburst is coming from a blob of matter, called HST-1, embedded in the jet, a powerful narrow beam of hot gas produced by a supermassive black hole residing in the core of the giant elliptical galaxy M87. HST-1 is so bright that it is outshining even M87's brilliant core, whose monster black hole is one of the most massive yet discovered.

The glowing gas clump has taken astronomers on a rollercoaster ride of suspense. Astronomers watched HST-1 brighten steadily for several years, then fade, and then brighten again. They say it's hard to predict what will happen next.

NASA's Hubble Space Telescope has been following the surprising activity for seven years, providing the most detailed ultraviolet-light view of the event. Other telescopes have been monitoring HST-1 in other wavelengths, including radio and X-rays. The Chandra X-ray Observatory was the first to report the brightening in 2000. HST-1 was first discovered and named by Hubble astronomers in 1999. The gas knot is 214 light-years from the galaxy's core.

The flare-up may provide insights into the variability of black hole jets in distant galaxies, which are difficult to study because they are too far away. M87 is located 54 million light-years away in the Virgo Cluster, a region of the nearby universe with the highest density of galaxies.

"I did not expect the jet in M87 or any other jet powered by accretion onto a black hole to increase in brightness in the way that this jet does," says astronomer Juan Madrid of McMaster University in Hamilton, ontario, who conducted the Hubble study. "It grew 90 times brighter than normal. But the question is, does this happen to every single jet or active nucleus, or are we seeing some odd behavior from M87?"

Hubble gives astronomers a unique near-ultraviolet view of the flare that cannot be accomplished with ground-based telescopes. "Hubble's sharp vision allows it to resolve HST-1 and separate it from the black hole," Madrid explains.

Despite the many observations by Hubble and other telescopes, astronomers are not sure what is causing the brightening. one of the simplest explanations is that the jet is hitting a dust lane or gas cloud and then glows due to the collision. Another possibility is that the jet's magnetic field lines are squeezed together, unleashing a large amount of energy. This phenomenon is similar to how solar flares develop on the Sun and is even a mechanism for creating Earth's auroras.

The disk around a rapidly spinning black hole has magnetic field lines that entrap ionized gas falling toward the black hole. These particles, along with radiation, flow rapidly away from the black hole along the magnetic field lines. The rotational energy of the spinning accretion disk adds momentum to the outflowing jet.

Madrid assembled seven years' worth of Hubble archival images of the jet to capture changes in the HST-1's behavior over time. Hubble's view of the event. Some of the images came from observing programs that studied the galaxy, but not the jet.

He found data from the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) that showed a noticeable brightening between 1999 and 2001. In images from 2002 to 2005, HST-1 continued to rise steadily in brightness. In 2003 the jet knot was more brilliant than M87's luminous core. In May 2005 HST-1 became 90 times brighter than it was in 1999. After May 2005 the flare began to fade, but it intensified again in November 2006. This second outburst was fainter than the first one.

"By watching the outburst over several years, I was able to follow the brightness and see the evolution of the flare over time," Madrid says. "We are lucky to have telescopes like Hubble and Chandra, because without them we would see the increase in brightness in the core of M87, but we would not know where it was coming from."

Madrid hopes that future observations of HST-1 will reveal the cause of the mysterious activity. "We hope the observations will yield some theories that will give us some good explanations as to the mechanism that is causing the flaring," Madrid says. "Astronomers would like to know if this is an intrinsic instability of the jet when it plows its way out of the galaxy, or if it is something else."

The study's results are published in the April 2009 issue of the Astronomical Journal.

CONTACT

Donna Weaver/Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Juan Madrid
McMaster University, ontario, Canada
905-525-9140, ext. 26057
madridjp@mcmaster.ca