G2 : 미리내 중심 블랙홀로부터 가까운 거리를 통과하는 먼지구름

 

Credit:ESO/A. Eckart

 

사진> 이 일련의 사진은 미리내 중심의 초거대질량의 블랙홀로 가까워지다가 멀어지는 먼지구름 G2의 움직임을 보여주고 있다.

ESO의 VLT를 이용한 새로운 관측 결과는 이 먼지구름이 블랙홀로부터 가까운 지점을 통과했음에도 살아남았고 여전히 고밀도 상태를 유지하고 있으며 일체 파괴되지 않았음을 보여주었다.
왼쪽부터 오른쪽으로 각각의 먼지구름은 2006년, 2010년, 2012년 및 2014년 2월과 9월에 촬영된 것이다.
각 거품의 색채는 이 먼지구름의 움직임을 표현한 것으로서 빨간색은 지구로부터 멀어지는 것을, 파란색은 지구쪽으로 가까워지는 것을 표현한 것이다. 
십자 표시가 되어 있는 지점이 초거대질량의 블랙홀이 위치하는 지점이다.

         

 

G2 : 미리내 중심 블랙홀로부터 가까운 거리를 통과하는 먼지구름

 

 

먼지 가스 구름 G2에 대한 최상의 관측을 통해 이 먼지 구름이 2014년 5월에 미리내 중심의 초거대질량의 블랙홀에 가장 가까운 거리까지 접근하였으며 이 와중에도 살아남았다는 것이 확정되었다.

ESO의 초대형빛통(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용한 이번 새로운 연구결과는 이 천체가 형태가 흩어지지 않았으며 여전히 소규모 고밀도로 집중되어 있는 먼지 구름임을 보여주었다.

이 천체에 대한 가장 그럴듯한 설명은 아직 물질의 강착이 계속되고 있는 무거운 중심핵을 가진 어린 원시별일 가능성이 있다는 것이다.

미리내의 중심블랙홀은 여전히 활동성의 어떠한 증가 양상도 보이지 않고 있다.

 

미리내의 심장부에는 태양 질량의 4백만배에 달하는 질량을 가진 초거대질량의 블랙홀이 자리잡고 있다.

몇몇 밝은 별들이 이 블랙홀 주위를 돌고 있는데, 한편으로는 G2라고 알려져 있는 수수께끼의 먼지 구름이 지난 몇 년동안 블랙홀 쪽으로 다가서는 모습이 추적된 바 있다.

Peribothron으로 알려져 있는, 이 천체가 공전궤도상에서 블랙홀에 가장 가까운 지점에 접근하는 것은 2014년 5월로 예견되어 있었다.

 

이 지역에는 강력한 중력이 거대한 조석력을 형성하고 있어 이 구름은 이때 찢겨져서 공전궤도상으로 퍼져 버릴 것이라고 예견되었다.

이 물질들 중 일부는 블랙홀에 먹혀버리게 될 것이고 이로부터 갑작스런 섬광이 뿜어져나오고 블랙홀이 오랜만에 식사를 즐기고 있다는 것을 알 수 있는 다른 증거들이 있을 것으로 생각되었다.

 

이 특별한 이벤트를 연구하기 위해 전세계에서 거대한 빛통을 동원한 여러 연구팀이 지난 몇년동안 미리내 중심을 주의깊게 관측해왔다.

 

독일 쾰른 대학의 안드레아스 에카르트(Andreas Eckart)가 이끄는 연구팀은 VLT를 이용하여 여러 해동안 이 지역을 관측해왔는데[1],
이들은 특히 이 구름이 2014년 5월로 예견된 공전궤도상에서 블랙홀에 가장 가까운 지점을 통과하기 직전 직후의 모습을 볼 수 있는 2014년 2월부터 9월까지의 관측도 수행하였다.

 

이러한 관측은 이전에 하와이 켁빛통을 이용하여 수행된 연구와 일맥상통하는 것이었다.[2]

 

수소복사로부터 획득한 적외선 사진은 이 구름이 블랙홀과 가장 가까운 지점을 통과하기 전후에 계속 소규모 고밀도 상태를 유지하고 있음을 보여주었다.

뿐만아니라 VLT에 탑지된 SINFONI로부터 제공된 고해상도 사진은 적외선의 각 색체를 그 구성요소별로 분리하여 볼 수 있게 해 주었고 이로부터 이 구름의 운동속도가 측정될 수 있었다[3].

이 구름이 블랙홀로 다가설때, 이 구름은 지구로부터 시속 1천만킬로미터의 속도로 멀어지고 있는 것으로 측정되었고, 블랙홀을 돌아나왔을 때는 시속 1200만 킬로미터로 지구쪽으로 다가오고 있는 것으로 측정되었다.

 

이번 관측의 상당부분을 수행한 쾰른대학 박사과정의 플로리안 파이스커(Florian Peissker)는 빛통에 도달한 빛이 실시간으로 데이터로 분석되어 나타나는 환상적인 경험을 했다고 소감을 밝혔으며 데이터 처리과정을 담당한 쾰른대학 박사후과정 연구원 모니카 발렌시아S(Monica Valencia-S)는 이 먼지구름이 블랙홀의 지근거리를 통과한 후에도 여전히 고밀도의 작은 불꽃을 뿜어내고 있는 것은 정말 놀라운 일이었다고 말햇다.

 

비록 예전 관측은 G2가 해체될 것으로 예견했지만 이번 관측에서는 G2가 파괴되었다거나 더 풀어헤쳐진 모습을 보인다거나 운동속도에 있어 다양한 폭을 보여주고 있다거나 하는 양상에 대한 증거는 일체 발견되지 않았다.

 

또한 연구팀은 SINFONI를 활용한 관측에서 초거대질량의 블랙홀이 자리잡은 지역으로부터 온 빛을 수집한 NACO 장비의 데이터를 활용하여 빛의 편광 양상에 대한 오랜 시간동안의 측정치를 만들 수 있었다.

이는 지금까지 수행된 이와 같은 종류의 관측으로는 최상의 관측이며 블랙홀 주변에 강착되어 있는 물질의 행동양상이 대단히 안정적이고 아직까지는 G2로부터 흘러든 물질에 의해 일체 방해받은 것이 없다는 점을 알려주었다.

 

또한 블랙홀에 대단히 가까이 다가가게 되어 극도의 중력조석작용을 겪었을 것임에도 이 먼지구름의 형태가 깨지지 않았다는 것은 이 먼지구름이 무거운 질량의 핵주위를 고밀도로 물체들이 둘러싸고 있는 천체이며 그저 먼지들이 가볍게 떠있는 구름이 아님을 암시하고 있다. 

 

이러한 사실은 블랙홀이 활발하게 주변 물질을 먹어치우면서 주변에 섬광이나 주변 물질들의 행동량의 증가를 촉진시키고 있을 것이라는 추측에 대한 증거가 부족하다는 점을 반증하는 것이기도 하다.

 

 

안드레아스 에카르트의 결론은 다음과 같다.
"우리는 특히 2014년 이 가스구름이 블랙홀에 바짝 다가간 일이 발생한 기간의 데이터를 포함하여 모든 최신 데이터를 살펴봤습니다. 
그리고 이 가스구름이 파괴되었다는 증거는 일체 찾을 수 없었죠.
이 구름은 확실히 핵이 없는 평범한 먼지 구름이 아닙니다.
우리는 이 천체가 틀림없이 먼지에 둘러싸인 갓태어난 어린별일 것으로 생각하고 있습니다."
 

 

Credit:ESO/A. Eckart

                                        

 

각주
[1] 이 지역은 두꺼운 먼지 구름에 가려져 있기 때문에 관측이 매우 어려우며 적외선 관측이 필요한 곳이다.

게다가 이번 사건은 블랙홀에 대단히 가까운 위치에서 발생했기 때문에 충분한 해상력을 얻기 위해서는 적응광학의 적용이 필요했다. 
연구팀은 VLT에 탑재된 SINFONI 장비를 사용하였으며 NACO를 이용하여 미리내 중심 블랙홀이 위치한 지역의 변화양상을 편광된 빛을 이용하여 모니터링하였다. 

 

[2] VLT는 좀더 짧은 파장을 이용하기 때문에 해상도가 더 높으며 여기에 추가로 SINFONI를 이용한 운동속도의 측정과 NACO 를 이용한 편광측정치도 획득할 수 있었다. 

 

[3] 이 먼지 구름이 블랙홀로부터 가장 가까운 지점에 도달할 때는 지구로부터 멀어지고 있었고, 그 이후에는 지구쪽으로 움직이고 있었기 때문에 이로부터 빛의 파장에 나타나는 도플러 편이 양상을 관측할 수 있었다. 
VLT에 장착된 SINFONI는 바로 이와 같은 파장의 변이 양상을 측정할 수 있는 고감도 분광기이다. 
또한 이 장비는 물질의 운동량 분포도 측정할 수 있는 장비인데, 만일 이 천체가 이전에 예측되었던대로 공전궤도상에서 퍼져버렸다면 이때의 운동량 분포를 측정하는데도 사용될 수 있는 장비이다.

 

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2015년 3월 25일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1512/

 

참고 : 우리은하 미리내의 중심부에 대한 다양한 뉴스 등 은하에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346976
       
참고 : 블랙홀에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346986

 

 

원문>

eso1512 — Science Release

Best View Yet of Dusty Cloud Passing Galactic Centre Black Hole

VLT observations confirm that G2 survived close approach and is a compact object

26 March 2015

The best observations so far of the dusty gas cloud G2 confirm that it made its closest approach to the supermassive black hole at the centre of the Milky Way in May 2014 and has survived the experience. The new result from ESO’s Very Large Telescope shows that the object appears not to have been significantly stretched and that it is very compact. It is most likely to be a young star with a massive core that is still accreting material. The black hole itself has not yet shown any increase in activity.

A supermassive black hole with a mass four million times that of the Sun lies at the heart of the Milky Way galaxy. It is orbited by a small group of bright stars and, in addition, an enigmatic dusty cloud, known as G2, has been tracked on its fall towards the black hole over the last few years. Closest approach, known as peribothron, was predicted to be in May 2014.

The great tidal forces in this region of very strong gravity were expected to tear the cloud apart and disperse it along its orbit. Some of this material would feed the black hole and lead to sudden flaring and other evidence of the monster enjoying a rare meal. To study these unique events, the region at the galactic centre has been very carefully observed over the last few years by many teams using large telescopes around the world.

A team led by Andreas Eckart (University of Cologne, Germany) has observed the region using ESO’s Very Large Telescope (VLT) [1] over many years, including new observations during the critical period from February to September 2014, just before and after the peribothron event in May 2014. These new observations are consistent with earlier ones made using the Keck Telescope on Hawaii [2].

The images of infrared light coming from glowing hydrogen show that the cloud was compact both before and after its closest approach, as it swung around the black hole.

As well as providing very sharp images, the SINFONI instrument on the VLT also splits the light into its component infrared colours and hence allows the velocity of the cloud to be estimated [3]. Before closest approach, the cloud was found to be travelling away from the Earth at about ten million kilometres/hour and, after swinging around the black hole, it was measured to be approaching the Earth at about twelve million kilometres/hour.

Florian Peissker, a PhD student at the University of Cologne in Germany, who did much of the observing, says: “Being at the telescope and seeing the data arriving in real time was a fascinating experience,” and Monica Valencia-S., a post-doctoral researcher also at the University of Cologne, who then worked on the challenging data processing adds: “It was amazing to see that the glow from the dusty cloud stayed compact before and after the close approach to the black hole.”

Although earlier observations had suggested that the G2 object was being stretched, the new observations did not show evidence that the cloud had become significantly smeared out, either by becoming visibly extended, or by showing a larger spread of velocities.

In addition to the observations with the SINFONI instrument the team has also made a long series of measurements of the polarisation of the light coming from the supermassive black hole region using the NACO instrument on the VLT. These, the best such observations so far, reveal that the behaviour of the material being accreted onto the black hole is very stable, and — so far — has not been disrupted by the arrival of material from the G2 cloud.

The resilience of the dusty cloud to the extreme gravitational tidal effects so close to the black hole strongly suggest that it surrounds a dense object with a massive core, rather than being a free-floating cloud. This is also supported by the lack, so far, of evidence that the central monster is being fed with material, which would lead to flaring and increased activity.

Andreas Eckart sums up the new results: “We looked at all the recent data and in particular the period in 2014 when the closest approach to the black hole took place. We cannot confirm any significant stretching of the source. It certainly does not behave like a coreless dust cloud. We think it must be a dust-shrouded young star.”

Notes

[1] These are very difficult observations as the region is hidden behind thick dust clouds, requiring observations in infrared light. And, in addition, the events occur very close to the black hole, requiring adaptive optics to get sharp enough images. The team used the SINFONI instrument on ESO’s Very Large Telescope and also monitored the behaviour of the central black hole region in polarised light using the NACO instrument.

[2] The VLT observations are both sharper (because they are made at shorter wavelengths) and also have additional measurements of velocity from SINFONI and polarisation measurement using the NACO instrument.

[3] Because the dusty cloud is moving relative to Earth — away from Earth before closest approach to the black hole and towards Earth afterwards — the Doppler shift changes the observed wavelength of light. These changes in wavelength can be measured using a sensitive spectrograph such as the SINFONI instrument on the VLT. It can also be used to measure the spread of velocities of the material, which would be expected if the cloud was extended along its orbit to a significant extent, as had previously been reported.

More information

This research was presented in a paper “Monitoring the Dusty S-Cluster Object (DSO/G2) on its Orbit towards the Galactic Center Black Hole” by M. Valencia-S. et al. in the journal Astrophysical Journal Letters.

The team is composed of M. Valencia-S. (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Germany), A. Eckart (Universität zu Köln; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany [MPIfR]), M. Zajacek (Universität zu Köln; MPIfR; Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague, Czech Republic), F. Peissker (Universität zu Köln), M. Parsa (Universität zu Köln), N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, France), E. Mossoux (Observatoire Astronomique de Strasbourg), D. Porquet (Observatoire Astronomique de Strasbourg), B. Jalali (Universität zu Köln), V. Karas (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), S. Yazici (Universität zu Köln), B. Shahzamanian (Universität zu Köln), N. Sabha (Universität zu Köln), R. Saalfeld (Universität zu Köln), S. Smajic (Universität zu Köln), R. Grellmann (Universität zu Köln), L. Moser (Universität zu Köln), M. Horrobin (Universität zu Köln), A. Borkar (Universität zu Köln), M. García-Marín (Universität zu Köln), M. Dovciak (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), D. Kunneriath (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), G. D. Karssen (Universität zu Köln), M. Bursa (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), C. Straubmeier (Universität zu Köln) and H. Bushouse (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper
• Photos of the VLT

Contacts

Andreas Eckart
University of Cologne
Cologne, Germany
Email: eckart@ph1.uni-koeln.de

Monica Valencia-S.
University of Cologne
Cologne, Germany
Email: mvalencias@ph1.uni-koeln.de

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
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