빠른 속도로 성장하는 블랙홀을 암시하는 퀘이사들

 

Credit : X-ray: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

 

• 찬드라우주빛통을 통한 새로운 연구는 엄청난 양의 물질들을 먹어치우는 블랙홀들의 존재를 알려주고 있다.
  
• 이 블랙홀 주변에는 두꺼운 도넛 모양의 원반들이 감싸고 있는 것으로 보이며 이들이 복사의 상당 부분을 막아서고 있다.
  
• 이 일련의 퀘이사 속에 위치하는 블랙홀들은 비정상적인 빠른 속도로 성장하고 있는 것으로 보인다.

 

 

최근 보도에 따르면 천문학자들은 NASA 찬드라 X선 빛통을 이용하여 51개의 퀘이사에 대한 연구를 계속해왔으며 이곳에서 엄청난 양의 물질을 먹어치우는 독특한 블랙홀들의 존재를 발견한 것으로 보인다.

이 퀘이사들은 초거대질량의 블랙홀을 품고 있으며 각각 다른 유형의 빛으로 밝게 빛나고 있다.

 

찬드라 빛통에 의해 수집된 X선의 속성을 조사함으로써, 그리고 이 데이터를 자외선및 가시광선으로 관측한 데이터와 합성함으로써 과학자들은 어떻게 이 거대 블랙홀들이 초기 우주에서 그처럼 빠르게 성장할 수 있었는지를 정확하게 알아내기 위한 노력을 계속하고 있다.

 

그래픽 하단에 보이는 3개의 찬드라 우주빛통의 사진을 포함하여 이번 연구의 대상이 된 퀘이사들은 지구로부터 50억 광년 및 115억 광년 범위에 위치하고 있다.
이 퀘이사들은 독특하게도 특정 원자가 자외선 파장에서 매우 약한 복사를 보이고 있었는데, 특히 탄소가 여기에 해당한다.

 

또한 이번 연구에서 발견된 퀘이사의 65%가 X선에서 훨씬 희미한 빛을 뿜어내고 있었는데 이는 일반적인 퀘이사에 비하면 40배나 약한 수치였다.

 

이 천체들로부터 흘러나오는 약한 자외선 원소 복사와 X선은 어떻게 초거대질량의 블랙홀이 물질을 끌어당기는지에 대한 질문에 중요한 단서가 될 수 있다.

 

컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 낮은 유입률을 보이는 물질의 소용돌이는 블랙홀을 향해 얇은 원반을 만들게 된다.
그러나 유입률이 높아진다면 이 원반은 드라마틱하게 커지게 되면서 도넛 모양으로 블랙홀을 감싸게 된다.
바로 이 모습이 본 그래픽에 상상화로 그려져 있다.

 

블랙홀로부터 매우 가까운 백색 지역에서 생성되는 X선은 두꺼운 도넛 형태의 원반에 의해 상당부분이 차단당하면서 독특하게 희미한 X선을 복사하는 퀘이사가 되는 것이다.
이 X선은 또한 원반의 외곽부로부터 쓸려나가는 입자들과의 충돌로부터 보호받고 있다.
이로 인해서 탄소와 같은 원자로부터 나타나는 자외선 복사역시 희미하게 나타나는 것이다.

 

여기서 중요한 것은 이 두꺼운 원반을 가진 퀘이사들이 비정상적으로 빠르게 성장하는 블랙홀을 품고 있을 것으로 여겨진다는 것이다.
서로 다른 팀에 의해 수행된 이전의 연구와 현재의 연구는 이와 같은 퀘이사들이 빅뱅이후 대략 10억년 정도의 초기 우주에서는 보다 일반적인 퀘이사였을 것이라는 점을 시사하고 있다.
이와 같은 빠른 성장은 심지어는 이보다 이른 시기에 존재했던 거대한 블랙홀을 설명할 수 있을 것으로 보인다.

 

이번 논문은 아스트로피지컬 저널에 곧 개재될 예정이며 현재 온라인에서는 조회가 가능하다.

 

이번 논문의 저자는 빈 루오(Bin Luo, 펜실베이나 주립대학), 닐 브란트(Niel Brandt, 펜실베니아 주립대학), 패트릭 홀(Patrick Hall, 요크대학), 우얀펭(Jianfeng Wu, 하바드 스미스소니아 천체물리 센터), 스콧 앤더슨(Scott Anderson, 워싱턴 대학), 고돈 가마이어(Gordon Garmire, 펜실베니아 주립대학), 로버트 깁슨(Robert Gibson, 워싱턴 대학), 리처드 플롯킨(Richard Plotkin, 미시간 대학), 고돈 리처드(Gordon Richards, 드렉셀 대학), 돈 슈나이더(Don Schneider, 펜실베니아 주립대학), 오하드 솀머(Ohad Shemmer, 노스텍사스 대학), 유이셴(Yue Shen, 카네기 천문대)이다.

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 4월 30일 
        http://chandra.harvard.edu/photo/2015/3quasars/

 

참고 : 퀘이사에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346987
             
참고 : 블랙홀에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346986

 

 

원문>

• A new Chandra study indicates the existence of a population of black holes that is consuming extremely large amounts of material.

 

• Thick, donut-shaped disks may be surrounding the black holes, blocking much of the light that would otherwise be emitted.

 

• The black holes in these quasars may be growing at an extraordinarily rapid rate.

 

Astronomers have studied 51 quasars with NASA's Chandra X-ray Observatory and found they may represent an unusual population of black holes that consume excessive amounts of matter, as described in our latest press release. Quasars are objects that have supermassive black holes that also shine very brightly in different types of light. By examining the X-ray properties with Chandra, and combining them with data from ultraviolet and visible light observations, scientists are trying to determine exactly how these large black holes grow so quickly in the early Universe.

The quasars in this study - including the three shown as Chandra images in the bottom of the graphic - are located between about 5 billion and 11.5 billion light years from Earth. These quasars were selected because they had unusually weak emission from certain atoms, especially carbon, at ultraviolet wavelengths. Also, about 65% of the quasars in this new study were found to be much fainter in X-rays, by about 40 times on average, than typical quasars.

The weak ultraviolet atomic emission and X-ray fluxes from these objects could be an important clue to the question of how a supermassive black hole pulls in matter. Computer simulations show that, at low inflow rates, matter swirls toward the black hole in a thin disk. However, if the rate of inflow is high, the disk can puff up dramatically into a torus or donut that surrounds the inner part of the disk.

This is shown in the artist's illustration in the top part of the main graphic. X-rays, produced in the white region very near to the black hole, are substantially blocked by the thick, donut-shaped part of the disk, making the quasar unusually faint in X-rays. The X-rays are also prevented from striking the particles that are being blown away from the outer parts of the disk in a wind. This results in fainter ultraviolet emission from elements like carbon.

The important implication is that these "thick-disk" quasars may harbor black holes growing at an extraordinarily rapid rate. The current study and previous ones by different teams suggest that such quasars might have been more common in the early Universe, only about a billion years after the Big Bang. Such rapid growth might also explain the existence of huge black holes at even earlier times.

A paper describing these results appears in an upcoming issue of The Astrophysical Journal and is available online. The authors are Bin Luo (Penn State University), Niel Brandt (Penn State), Patrick Hall (York University), Jianfeng Wu (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Scott Anderson (University of Washington), Gordon Garmire (Penn State), Robert Gibson (University of Washington), Richard Plotkin (University of Michigan), Gordon Richards (Drexel University), Don Schneider (Penn State), Ohad Shemmer (University of North Texas), and Yue Shen (Carnegie Observatories).

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

 

 

Fast Facts for 152156.48+520238.5:
Credit	X-ray: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss
Release Date	April 30, 2015
Scale	Image is 1 arcmin across. (1.64 million light years)
Category	Quasars & Active Galaxies
Coordinates (J2000)	RA 15h 21m 56.50s | Dec +52° 02' 38.50"
Constellation	Boötes
Observation Dates	22 Oct 2013
Observation Time	10 hours 23 min
Obs. IDs	15334
Instrument	ACIS
References	Luo, B. et al, 2015, ApJ (in press); arXiv:1503.02085
Color Code	Intensity

Distance Estimate

About 10.75 billion light years