NGC 2276-3c : 찬드라 망원경이 찾아낸 블랙홀 계보 상의 흥미로운 천체

• NGC 2276은하의 나선팔 중 하나에서 흥미로운 천체가 발견되었다.
• NGC 2276-3c라 불리는 이 천체는 중급의 질량을 가진 블랙홀인 것으로 보인다.
• X선 및 라디오파로 관측한 데이터에 따르면 NGC 2276-3c의 질량은 태양 질량의 5만배 정도인 것으로 예측되었다.

 

Credit : X-ray: NASA/CXC/SAO/M.Mezcua et al & NASA/CXC/INAF/A.Wolter et al; Optical: NASA/STScI and DSS; Inset: Radio: EVN/VLBI

 

최근 보도된 바에 따르면 NGC 2276 은하에서 새로 발견된 천체는, 이들 색다른 천체들의 진화과정을 이해하는데 도움을 줄만한 중요한 블랙홀로서 입증될 수 있을 것으로 보인다.

 

이 사진은 찬드라 X선 망원경이 촬영한 X선 데이터(분홍색)를 허블 우주망원경 및 DSS의 가시광선 데이터(빨간색, 초록색, 파란색)와 합성한 것이다.

 

네모 상자에 확대되어 있는 것은 이 은하의 나선팔들 중 하나에 위치하고 있는 흥미로운 천체이다.
NGC 2276-3c 이라는 이름의 이 천체는 유럽 초장기선 간섭계 네트워크(the European Very Long Baseline Interferometry Network, 이하 EVN)에 의해 라디오파로 바라본 모습이다.

천문학자들은 X선과 라디오파 데이터를 합성하여 NGC 2766-3c 가 중간 정도의 질량을 가진 블랙홀(Intermediate-mass black hole, 이하 IMBH)일 가능성이 있다고 판단하였다.

이름이 의미하는 바대로 '중간 정도의 질량을 가진 블랙홀(IMBH)'이란 일반적으로 태양질량의 5배에서 30배 정도의 질량을 가진 별보다는 더 많은 질량을 가지고 있지만 태양 질량의 수백만배에서 수십억배에 이르는 질량을 가진 초거대질량의 블랙홀보다는 적은 질량을 가진 블랙홀을 말한다.

 

과학자들은 NGC 2766-3c의 질량을, 라디오파 및 X선에서 뿜어내는 천체의 밝기와 블랙홀 질량과의 상관관계라는 익히 잘 알려진 관계를 이용하여 측정하였다.

X선과 라디오파에서 나타나는 밝기는 찬드라 X선 망원경과 EVN의 관측자료를 이용하여 측정된 것이다.
그 결과 NGC 2276-3c는 태양 질량의 5만배에 달하는 질량을 가진것으로 측정되었다.

 

IMBH가 천문학자들의 흥미를 끄는 이유는 이 천체가 궁극적으로는 초거대질량의 블랙홀로 진화해가는 근간이 되는 것으로 추측되기 때문이다.
이들은 또한 주변 환경에 강력한 영향을 끼친다.
최근의 연구결과에 따르면 NGC 2276-3c 는 주변에서 새로운 별의 생성을 억제하는 것으로 생각된다.

 

EVN의 라디오파 관측 데이터에 다르면 NGC 2276-3c로부터 뿜어져나오는 제트가 6광년에 걸쳐 뻗어있는것이 발견되었다.
또한 칼 얀스키 초대형 배열(Karl Jansky Very Large Array, 이하 VLA)에 의한 추가 관측 데이터는 이 천체로부터 2천광년이 넘게 펼쳐져 있는 거대한 규모의 라디오파 복사를 보여주었다.

그런데 NGC 2766-3c로부터 이 제트가 늘어서 있는 1천광년 범위의 지역에는 어린 별들이 거의 존재하지 않았다.

이러한 사실은 제트가 주변의 가스를 다 몰아내면서 새로운 별들의 생성을 차단한다는 현상 및 이론에 대한 증거가 될 수 있다.

VLA 데이터는 또한 제트로부터 방출되는 라디오파 복사의 끝단에 많은 수의 별들이 몰려있다는 것을 알려주었다.
이러한 별 생성의 강화 양상은 제트에 의해 쓸려나간 물질들이 NGC 2276에 존재하는 성간 우주공간의 먼지 및 가스들과 충돌하면서 발생하는 것일 수도 있고
NGC 2276이 다른 왜소은하와 충돌하면서 촉발된 것일수도 있다.

 

또다른 연구에서 찬드라 X선 망원경은 'X선에서 강력한 빛을 뿜어내는 이 은하내의 천체'(Ultraluminous X-ray sources, 이하 ULXs)들을 조사하는데 사용되었다.

 

깊은 노출을 이용한 찬드라의 관측 데이터를 합성하여 만든 이 사진에서 총 16개의 X선 천체가 발견되었으며, 이 천체들 중 NGC 2276-3c를 포함한 여덟 개의 천체가 강력한 X선을 뿜어내는 천체, 즉 ULXs임이 밝혀졌다.
찬드라의 관측데이터는 또한 ESA의 XMM-뉴턴 망원경에 의해 하나의 ULX로 판명된 천체가 사실은 NGC 2276-3c를 포함한 5개의 ULX로 구성된 천체임을 밝혀냈다.

이들 ULX에 대한 연구는 NGC 2276에서 태양 질량의 5배에서 15배 정도 질량에 대응되는 양의 별들이 매년 생성되고 있음을 보여주었다.
이처럼 별의 생성이 왕성하게 일어나는 것은 왜소은하와의 충돌에 의해 촉발된 것일수도 있는데 이 가설은 중간 정도의 질량을 가진 블랙홀이 은하간의 충돌에 의해 발생한다는 가설은 지지하고 있다.

NGC 2276-3c에 대한 연구는 하바드-스미스소니안 천체물리 센터의 마르 메츠쿠아(Mar Mezcua)와 독일 막스플랑크 전파 천문 연구소의 안드레이 로바노프(Andrei Lobanov) 그리고 더램 대학의 팀 로버트(Tim Roberts)와 앤드류 수톤( Andrew Sutton)에 의해 진행되고 있으며 연구 논문은 월간 왕립천문학회지(the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 개재될 예정이다.

 

NGC 2276에 존재하는 ULX 천체들에 대한 또다른 논문 역시 월간 왕립천문학회지에 개재될 예정인데, 이 논문은 이탈리아 국립 천체물리 연구소의 안나 볼터(Anna Wolter), 파올로 에스포시토(Paolo Esposito), 미켈라 마펠리(Michela Mapelli), 밀라노 대학의 파비오 피졸라토(Fabio Pizzolato), 파도바 대학의 엠마누엘 리파몬티(Emanuele Ripamonti)에 의해 작성되었다. 
 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 2월 25일 
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/ngc2276/

 

참고 : NGC 2276을 비롯한 각종 은하에 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 

참고 : 블랙홀에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346986

 

 

원문>

NGC 2276: NASA's Chandra Finds Intriguing Member of Black Hole Family Tree

 

• An intriguing object has been found in one of the spiral arms of the galaxy NGC 2276.

 

• This source, called NGC 2276-3c, appears to be an intermediate-mass black hole.

 

• According to X-ray and radio data, NGC 2276-3c contains about 50,000 times the mass of the Sun.

 

A newly discovered object in the galaxy NGC 2276 may prove to be an important black hole that helps fill in the evolutionary story of these exotic objects, as described in our latest press release. The main image in this graphic contains a composite image of NGC 2766 that includes X-rays from NASA's Chandra X-ray Observatory (pink) combined with optical data from the Hubble Space Telescope and the Digitized Sky Survey (red, green and blue). The inset is a zoom into the interesting source that lies in one of the galaxy's spiral arms. This object, called NGC 2276-3c, is seen in radio waves (red) in observations from the European Very Long Baseline Interferometry Network, or EVN.

Astronomers have combined the X-ray and radio data to determine that NGC 2766-3c is likely an intermediate-mass black hole (IMBH). As the name suggests, IMBHs are black holes that are larger than stellar-mass black holes that contain about five to thirty times the mass of the Sun, but smaller than supermassive black holes that are millions or even billions of solar masses. The researchers estimated the mass of NGC 2766-3c using a well-known relationship between how bright the source is in radio and X-rays, and the mass of the black hole. The X-ray and radio brightness were based on observations with Chandra and the EVN. They found that NGC 2276-3c contains about 50,000 times the mass of the Sun.

IMBHs are interesting to astronomers because they may be the seeds that eventually evolve into supermassive black holes. They also may be strongly influencing their environment. This latest result on NGC 2276-3c suggests that it may be suppressing the formation of new stars around it. The EVN radio data reveal an inner jet that extends about 6 light years from NGC 2276-3c. Additional observations by the NSF's Karl Jansky Very Large Array (VLA) show large-scale radio emission extending out to over 2,000 light years away from the source.

A region along the jet extending to about 1,000 light years away from NGC 2766-3c is devoid of young stars. This might provide evidence that the jet has cleared out a cavity in the gas, preventing new stars from forming there. The VLA data also reveal a large population of stars at the edge of the radio emission from the jet. This enhanced star formation could take place either when the material swept out by the jet collides with dust and gas in between the stars in NGC 2276, or when triggered by the merger of NGC 2276 with a dwarf galaxy.

In a separate study, Chandra observations of this galaxy have also been used to examine its rich population of ultraluminous X-ray sources (ULXs). Sixteen X-ray sources are found in the deep Chandra dataset seen in this composite image, and eight of these are ULXs including NGC 2276-3c. Chandra observations show that one apparent ULX observed by ESA's XMM-Newton is actually five separate ULXs, including NGC 2276-3c. This ULX study shows that about five to fifteen solar masses worth of stars are forming each year in NGC 2276. This high rate of star formation may have been triggered by a collision with a dwarf galaxy, supporting the merger idea for the IMBH's origin.

The study on NGC 2276-3c was conducted by Mar Mezcua (previously in the Instituto de Astrofisica de Canarias and now at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Tim Roberts (University of Durham, UK), Andrei Lobanov ( Max Planck Institute for Radio Astronomy, Germany), and Andrew Sutton (University of Durham) and will appear in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). A separate paper on the ULX population in NGC 2276 will also appear in MNRAS and the authors on that study are Anna Wolter (National Institute for Astrophysics (INAF) in Milan, Italy), Paolo Esposito (INAF), Michela Mapelli (INAF, Padova), Fabio Pizzolato (University of Milan, Italy), and Emanuele Ripamonti (University of Padova, Italy).

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra's science and flight operations.

 

Fast Facts for NGC 2276:
Credit	X-ray: NASA/CXC/SAO/M.Mezcua et al & NASA/CXC/INAF/A.Wolter et al; Optical: NASA/STScI and DSS; Inset: Radio: EVN/VLBI
Release Date	February 25, 2015
Scale	Image is 4.5 arcmin across (about 140,000 light years)
Category	Normal Galaxies & Starburst Galaxies
Coordinates (J2000)	RA 07h 27m 14.48s | Dec +85° 45' 16.20"
Constellation	Cepheus
Observation Date	23 Jun 2004 and 24 May 2013
Observation Time	19 hours 30 min.
Obs. ID	4968, 15648
Instrument	ACIS
References	Mezcua, M et al, 2015, MNRAS (accepted); arXiv:1501.04897; Wolter, A. et al, 2015, MNRAS (accepted); arXiv:1501.01994
Color Code	X-ray (Pink); Optical (Red, Green, Blue); Inset: Radio (Red)

 

Distance Estimate

About 100 million light years