블랙홀의 관측 - 별을 산산조각 내고 있는 블랙홀을 발견하다.

사진설명>  이 사진은 GALEX와 하와이 Pan-STARRS1 망원경이 촬영한 것으로서 은하핵의 섬광에 의해 발생한 빛을 보여주고 있다.

                화살표가 가리키는 것은 은하이다.

                이 섬광은 은하 중심의 블랙홀이 지나치게 가깝게 접근한 별을 갈기갈기 찢으면서 발생하는 것이다.  
                GALEX가 2009년에 촬영한 상단 왼쪽 사진은 섬광이 발생하기 이전 은하의 위치를 보여주고 있는데 자외선 관측에서 은하는 전혀 보이지 않는다.

                상단 오른쪽 사진은 GALEX가 2010년 6월 23일 촬영한 것으로 이 은하는 자외선 대역에서 무려 350배나 밝게 나타나 있다.

 
                하단 왼쪽 사진은 Pan-STARRS1이 2009년에 촬영한 은하(정 중앙의 밝은 점)로서 섬광이 발생하기 이전의 모습이다.

                하단 오른쪽 사진은 Pan-STARRS1이 2010년 6월 ~ 8월 사이에 촬영한 것으로 은하핵으로부터의 섬광이 보이고 있다.

                이 불빛이 원래 은하의 빛보다 훨씬 푸르게(훨씬 고온을 의미함) 나타나고 있음에 주목하라

 

News Release :

천문학자들이 별과 가까운 거리를 지나면서 별을 산산조각내고 있는 거대 블랙홀에 대해 지금까지 수집된 증거들 중 가장 직접적인 증거를 모았다.

 
우리 태양 질량의 수백만배에서 수십억배에 달하는 거대질량의 블랙홀들은 대부분 은하의 중심부에 숨어있다.

이 거대괴물들은 별과 같은 순진한 희생자들이 충분한 거리에 접근할 때까지 조용히 기다리다가
이들이 가까이 오게 되면 강력한 중력장으로 움켜쥐고 잡아찢게 된다.

천문학자들은 이전부터 이 살인마들을 찾아왔는데, 이번에 처음으로 블랙홀에 희생당하는 별을 식별해 낸 것이다.

존스홉킨스 대학의 Suvi Gezari가 이끄는 연구팀은 지상과 우주에 위치한 망원경들을 다양하게 활용하여
블랙홀에 빨려들어가고 있는 풍부한 헬륨가스를 지닌 별을 찾아냈다.

이 별은 27억광년 거리의 은하에 거주하고 있는 별이다.  

이번 연구결과는 5월 2일 온라인 Nature 지에 게재되었다.

 

이번 발견에 대한 Gezari의 설명은 다음과 같다.
"어떤 별이 블랙홀의 중력장에 의해 해체될때면, 별의 일부분은 블랙홀에 빨려들어가는 모습으로 남아있는 반면
다른 일부분은 엄청난 속도로 우주공간에 내팽개쳐지는 모습을 보이게 됩니다.

우리는 이번에 블랙홀로 빨려들어가는 별의 가스로부터 발생하는 불꽃을 사건이 발생하는 동안 내내 목격한 것입니다.

또한 우리는 분출되는 가스의 분광학적 특성들을 봤을 때, 대부분이 헬륨으로 구성되어 있었다는 것도 증언할 수 있습니다.

이것은 마치 우리가 범죄현장의 증거를 수집한 것과 같습니다.

우리는 이번 범행현장에서 아주 적은 수소와 대부분을 차지하고 있는 헬륨을 탐지해냈는데,

우리는 블랙홀에 삼켜지고 있는 별이 껍데기를 모두 빼앗기고 헬륨만으로 구성된 핵만을 가지고 있을거라는 것을 알고 있기 때문이다."
 
이번 관측은 블랙홀 주변의 거친 환경과 블랙홀 주변을 돌고 있는 별의 유형에 대한 통찰을 제공해주고 있다.

 
블랙홀에 빨려 들어가고 있는 이 불행한 별이 이번에 처음으로 블랙홀에 잡혀들어간 것은 아니다.
Gezari와 그녀의 연구팀은 수소로 가득차있는 이 별의 껍질이 오랫동안 같은 블랙홀에 의해 벗겨져왔을 것으로 생각하고 있다.  
 
이들의 시나리오에 의하면 이 별은 아마도 삶의 막바지에 다다른 별일 것이다. 
대부분의 수소연료를 소비한 뒤 아마도 몸집이 부풀어올라 적색거성이 되었을 것이다.
천문학자들은 이렇게 부풀어오른 별이 블랙홀 주변을 마치 우리 태양계에 속하는 혜성처럼
아주 큰 곡률의 타원형으로 공전하고 있었을 것으로 생각하고 있다.

그리고 블랙홀에 가까이 다가갔을 때, 부풀어오른 대기가 블랙홀의 거대한 중력에 의해 벗겨지기 시작했을 것으로 보고 있다.

그리고 결국 이 별의 핵만이 온전한 모습으로 남게 되었다.

별로부터 쏟아져나온 파편들은 거대한 괴물에게 가까이 다가서서 영원한 사멸에 직면할때까지 블랙홀 주변으로 계속 떠다녔을 것이다. 
 
천문학자들은 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀 주변에도 껍질을 모두 잃은 별들이 그 주위를 돌고 있을 것으로 예견하고 있으며
Gezari는 이 지점을 찍어 내기도 하였다.

그렇지만 그 별들이 이렇게 가까이 블랙홀과 마주치는 것은 매우 드문 일이며 아마도 10만년에 한번 꼴로 일어나는 일일 것이다.  
 
이러한 사건을 찾기 위해 Gezari와 그녀의 팀은 수많은 은하들을 GALEX의 자외선 탐사와
하와이 할레아칼라(Haleakala) 정상에 있는 Pan-STARRS1 망원경으로 탐사해왔다. 
 
Pan-STARRS 는 반응 시간을 빠르게 한 파노라마 관측 망원경으로
전체 하늘을 스캔하여 초신성을 포함한 하늘의 순간적인 현상들을 관측하고 있는 망원경이다.

연구팀은 휴지기에 있는 블랙홀을 가진 은하핵으로부터 자외선대역에서 발생하는 밝은 섬광을 탐색하고 있었다.

그리고 2010년 6월에 두 개 망원경 모두에서 한 점을 발견하게 되었다.

두 망원경으로 이 섬광을 계속 모니터링한 결과 그 밝기는 한 달 후 최고조에 달했고, 이후 12개월동안 불빛은 서서이 사그라들었다.

밝은 섬광이 나타나는 사건은 초신성과 매우 유사했지만 빛이 정점에 다다르는데까지 걸렸던 시간은 거의 한달 반 정도로서 매우 느린 속도로 진행이 되었다.

 

연구팀의 일원인 우주망원경과학 연구소의 Armin Rest 는 당시를 다음과 같이 회상하고 있다.
"이 사건이 오랫동안 지속될수록, 우리의 흥분도 지속되었죠.
 왜냐하면 우리는 이번 사건이 매우 이상한 형태의 초신성 폭발이거나 아니면 블랙홀에 의해 갈기갈기 찢기고 있는 별과 같은,

 어쨌든 완전히 다른 형태의 사건일 것이라는 걸 직감했기 때문이죠."
 
천문학자들은 이 밝기가 증가된 양상을 측정한 결과 이 블랙홀의 질량은 우리 은하의 블랙홀 질량과 비견될 수 있을 만큼인,

태양 질량의 수백만배에 달하는 질량임을 계산해낼 수 있었다. 

또한 아리조나 홉킨스산의 MMT 천문대의 분광 관측은 이 블랙홀이 엄청난 헬륨을 집어삼키고 있음을 보여주었다.

분광분석기로 이 빛을 무지개색으로 분리해낸 결과 대상 천체의 온도 및 가스의 구성성분과 같은 특징들을 도출해낼 수 있었다.

 

Gezari 는 이렇게 증거들을 모으는 과정을 다음과 같이 회상했다.  
"헬륨 불꽃은 이번 관측이 매우 비일상적인 고온의 강착 이벤트에 대한 것이라는 단서가 됐죠.

 그래서 우리는 우리 스스로에게 경보를 울렸습니다. 
 그리고 일체의 수소가스가 발견되지 않았다는 비일상적인 사실로 인해 더 큰 경고음을 울려야 했죠. 

 아마 우리 은하 중심 부근에서는 이런 현상을 발견할 수 없을 거에요.

 과정상 이 가스는 반드시 별의 핵으로부터 나오는 것이어야 했죠.

 이와 같은 현상은 그 어떤 가설로도 전혀 설명되지 않는 현상이었어요."
 
이번에는 또한 물질로부터 블랙홀의 인력장까지 연결된 물질의 속도도 관측되었다.

MMT의 분석에 의하면 이 가스는 시간당 3천 2백만 킬로미터의 속도로 움직이고 있었다.

그러나 별들 사이에서 움직이는 가스의 속도는 일반적으로 시간당 36만 킬로미터로 알려져 있다. 

 

Rest는 이러한 속도가 오직 초신성 폭발에서나 볼 수 있는 현상인데도

그 섬광은 여전히 자외선 대역에서 빛을 내고 있었다는 현상이 초신성 현상과는 완전히 모순되는 현상이었다고 말했다.

이러한 현상이 활성은하핵의 화염으로부터 발생했을 가능성을 완전히 배제하기 위해서 연구팀은 찬드라 X선 망원경으로 고온 가스를 관측했다.

그리고 찬드라의 관측 데이터는 이 가스의 성질이 활성은하핵의 그것과는 맞지 않음을 보여줬다.

 

Gezari 의 소감은 다음과 같다.

"처음으로 우리는 아주 많은 종류의 증거들을 모았고 지금 우리는 거대질량의 블랙홀이 가해자이며

 한 불행한 별이 그 블랙홀로 떨어지고 있는 현상이라고 단정할 수 있게 되었습니다.

 이번 관측은 또한 앞으로 이와 같은 사건들을 찾는 단서들을 제공해 줄 것입니다." 

 

 

                            영상 설명 > 이 컴퓨터 시뮬레이션 영상은 별이 거대 블랙홀의 중력에 의해 찢겨지는 모습을 보여주고 있다.

                                              별의 잔해중 일부는 블랙홀로 빨려들어가고 또 일부는 우주공간에 빠른 속도로 내팽겨지는 모습을 볼 수 있다.

                                              하얀색으로 나타나는 지역은 밀도가 높은 지역이며 점진적으로 붉은 색으로 변하는 양상은 밀도가 점점 낮아지는 지역을 의미한다.

                                              푸른 색 점은 블랙홀의 위치를 나타내는 것이며 네모 상자는 블랙홀 지역만 확대해 본 것이다.

                                              표시된 날짜는 우리 태양정도 질량의 별이 태양 질량의 백만배되는 블랙홀에 의해 찢겨질때 걸리는 시간을 표시한 것이다.
 

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2012년 5월 2일 발표된 뉴스입니다.

 

 

원문>

ABOUT THIS IMAGE:

These images, taken with NASA's Galaxy Evolution Explorer (GALEX) and the Pan-STARRS1 telescope in Hawaii, show a brightening inside a galaxy caused by a flare from its nucleus. The arrow in each image points to the galaxy. The flare is a signature of the galaxy's central black hole shredding a star that wandered too close to it.

The top left image, taken by GALEX in 2009, shows the galaxy's location before the flare. The galaxy is not visible in this ultraviolet-light exposure. In the top right image, taken by GALEX on June 23, 2010, the galaxy has become 350 times brighter in ultraviolet light.

The bottom left image, taken by Pan-STARRS1, shows the galaxy (the bright dot in the center) in 2009 before the flare's appearance. The bottom right image, taken by Pan-STARRS1 from June to August 2010, shows the flare from the galaxy nucleus. Note how the light from the flare is much bluer (hotter) than the host galaxy light.

The Pan-STARRS Project is being led by the University of Hawaii Institute for Astronomy, and exploits the unique combination of superb observing sites and technical and scientific expertise available in Hawaii. Funding for the development of the observing system has been provided by the United States Air Force Research Laboratory. The PS1 Surveys have been made possible through contributions by the Institute for Astronomy, the University of Hawaii, the Pan-STARRS Project Office, the Max-Planck Society and its participating institutes, the Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg and the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, The Johns Hopkins University, Durham University, the University of Edinburgh, the Queen's University Belfast, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, the Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Incorporated, the National Central University of Taiwan, and the National Aeronautics and Space Administration under Grant No. NNX08AR22G issued through the Planetary Science Division of the NASA Science Mission Directorate.

Image Type: Astronomical/Illustration

 

Credit: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), A. Rest (STScI), and R. Chornock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

 

 

News Release :

Astronomers have gathered the most direct evidence yet of a supermassive black hole shredding a star that wandered too close.

Supermassive black holes, weighing millions to billions times more than the Sun, lurk in the centers of most galaxies. These hefty monsters lay quietly until an unsuspecting victim, such as a star, wanders close enough to get ripped apart by their powerful gravitational clutches.

Astronomers have spotted these stellar homicides before, but this is the first time they can identify the victim. Using a slew of ground- and space-based telescopes, a team of astronomers led by Suvi Gezari of The Johns Hopkins University in Baltimore, Md., has identified the victim as a star rich in helium gas. The star resides in a galaxy 2.7 billion light-years away.

Her team's results will appear May 2 in the online edition of the journal Nature.

"When the star is ripped apart by the gravitational forces of the black hole, some part of the star's remains falls into the black hole, while the rest is ejected at high speeds. We are seeing the glow from the stellar gas falling into the black hole over time. We're also witnessing the spectral signature of the ejected gas, which we find to be mostly helium. It is like we are gathering evidence from a crime scene. Because there is very little hydrogen and mostly helium in the gas we detect from the carnage, we know that the slaughtered star had to have been the helium-rich core of a stripped star," Gezari explained.

This observation yields insights about the harsh environment around black holes and the types of stars swirling around them.

This is not the first time the unlucky star had a brush with the behemoth black hole. Gezari and her team think the star's hydrogen-filled envelope surrounding its core was lifted off a long time ago by the same black hole. In their scenario, the star may have been near the end of its life. After consuming most of its hydrogen fuel, it had probably ballooned in size, becoming a red giant. The astronomers think the bloated star was looping around the black hole in a highly elliptical orbit, similar to a comet's elongated orbit around the Sun. on one of its close approaches, the star was stripped of its puffed-up atmosphere by the black hole's powerful gravity. only its core remained intact. The stellar remnant continued its journey around the black hole, until it ventured even closer to the behemoth monster and faced its ultimate demise.

Astronomers have predicted that stripped stars circle the central black hole of our Milky Way galaxy, Gezari pointed out. These close encounters, however, are rare, occurring roughly every 100,000 years. To find this one event, Gezari's team monitored hundreds of thousands of galaxies in ultraviolet light with the NASA's Galaxy Evolution Explorer (GALEX), a space-based observatory, and in visible light with the Pan-STARRS1 telescope on the summit of Haleakala in Hawaii. Pan-STARRS, short for Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, scans the entire night sky for all kinds of transient phenomena, including supernovae.

The team was looking for a bright flare in ultraviolet light from the nucleus of a galaxy with a previously dormant black hole. They found one in June 2010, which was spotted with both telescopes. Both telescopes continued to monitor the flare as it reached peak brightness a month later and then slowly began to fade over the next 12 months. The brightening event was similar to that of a supernova, but the rise to the peak was much slower, taking nearly one and a half months.

"The longer the event lasted, the more excited we got, since we realized that this is either a very unusual supernova or an entirely different type of event, such as a star being ripped apart by a black hole," said team member Armin Rest of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md.

By measuring the increase in brightness, the astronomers calculated the black hole's mass to be several million suns, which is comparable to the size of our Milky Way's black hole.

Spectroscopic observations with the MMT (Multiple Mirror Telescope) Observatory on Mount Hopkins in Arizona showed that the black hole was swallowing lots of helium. Spectroscopy divides light into its rainbow colors, which yields an object's characteristics, such as its temperature and gaseous makeup.

"The glowing helium was a tracer for an extraordinarily hot accretion event," Gezari said. "So that set off an alarm for us. And, the fact that no hydrogen was found set off a big alarm that this was not typical gas. You can't find gas like that lying around near the center of a galaxy. It's processed gas that has to have come from a stellar core. There's nothing about this event that could be easily explained by any other phenomenon."

The observed speed of the gas also linked the material to a black hole's gravitational pull. MMT measurements revealed that the gas was moving at more than 20 million miles an hour (over 32 million kilometers an hour). However, measurements of the speed of gas in the interstellar medium reveal velocities of only about 224,000 miles an hour (360,000 kilometers an hour).

"The place we also see these kinds of velocities are in supernova explosions," Rest said. "But the fact that it is still shining in ultraviolet light is incompatible with any supernova we know."

To completely rule out the possibility of an active nucleus flaring up in the galaxy, the team used NASA's Chandra X-ray Observatory to study the hot gas. Chandra showed that the characteristics of the gas didn't match those from an active galactic nucleus.

"This is the first time where we have so many pieces of evidence, and now we can put them all together to weigh the perpetrator (the black hole) and determine the identity of the unlucky star that fell victim to it," Gezari said. "These observations also give us clues to what evidence to look for in the future to find this type of event."

The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Md., is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., in Washington, D.C. STScI conducts science operations for the Hubble Space Telescope and is the science and mission operations center for the James Webb Space Telescope.

The California Institute of Technology in Pasadena, Calif., leads the Galaxy Evolution Explorer mission and is responsible for science operations and data analysis. NASA's Jet Propulsion Laboratory, also in Pasadena, manages the mission and built the science instrument. The mission was developed under NASA's Explorers Program managed by the Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Researchers sponsored by Yonsei University in South Korea and the Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) in France collaborated on this mission.

Graphics and additional information about the Galaxy Evolution Explorer are online at
http://www.nasa.gov/galex and http://www.galex.caltech.edu .

The Pan-STARRS Project is being led by the University of Hawaii Institute for Astronomy, and exploits the unique combination of superb observing sites and technical and scientific expertise available in Hawaii. Funding for the development of the observing system has been provided by the United States Air Force Research Laboratory. The PS1 Surveys have been made possible through contributions by the Institute for Astronomy, the University of Hawaii, the Pan-STARRS Project Office, the Max-Planck Society and its participating institutes, the Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg and the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, The Johns Hopkins University, Durham University, the University of Edinburgh, the Queen's University Belfast, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, the Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Incorporated, the National Central University of Taiwan, and the National Aeronautics and Space Administration under Grant No. NNX08AR22G issued through the Planetary Science Division of the NASA Science Mission Directorate.

CONTACT

Donna Weaver
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493
dweaver@stsci.edu

Suvi Gezari
The Johns Hopkins University, Baltimore, Md.
410-516-3462
suvi@pha.jhu.edu

Armin Rest
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4358
arest@stsci.edu

 

Video :

This computer simulation shows a star being shredded by the gravity of a massive black hole. Some of the stellar debris falls into the black hole and some of it is ejected into space at high speeds. The areas in white are regions of highest density, with progressively redder colors corresponding to lower-density regions. The blue dot pinpoints the black hole's location. The inset is a close-up of the region around the black hole. The elapsed time corresponds to the amount of time it takes for a Sun-like star to be ripped apart by a black hole a million times more massive than the Sun.

Credit: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), and J. Guillochon (University of California, Santa Cruz)