마그네타 SGR 1745-2900

 

Credit  NASA/CXC/INAF/F.Coti Zelati et al

 

• 미리내의 초거대질량 블랙홀 근처에 있는 마그네타가 독특한 행동양상을 보여주고 있다.
• 2013년에 발견된 이 마그네타는 찬드라 X선 망원경과 XMM-뉴턴망원경으로 지속적으로 모니터링되고 있다.
• 이 마그네타로부터 발생하는 X선은 다른 마그네타보다 느리게 감소하고 있으며 그 표면은 비정상적으로 뜨거운 상태이다.

2013년에 천문학자들은 찬드라 X선 망원경을 포함한 우주에 자리잡고 있는 망원경들을 이용하여 미리내 중심부, 초거대질량의 블랙홀과 대단히 가까운 곳에 위치한 마그네타의 발견을 보고한바 있다.

마그네타는 중성자 별이라 불리는 고밀도의 붕괴된 별로서 엄청나게 강력한 자기장을 가지고 있는 별이다.

 

이 마그네타가 자리잡고 있는 위치는 우리 태양 질량의 4백만 배에 달하는 질량을 가진 미리내 중심의 블랙홀로부터 고작 0.3광년 (약 3조 2천억 킬로미터) 떨어진 거리인데 이는 지금까지 관측된 중성자별로서는 미리내의 초거대질량 블랙홀로부터 가장 가까운 거리에 위치하는 것이며, 이 마그네타는 아마도 블랙홀의 중력장 내에 포섭된 상태인 것으로 보인다.

 

SGR 1745-2900 이라는 이름의 이 마그네타는 2년전 발견된 이래 X선 폭발을 일으킬 때마다 천문학자들이 찬드라 X선 망원경과 유럽우주국의 XMM-Newton 망원경으로 활발하게 감시하고 있다.

이 그래픽 사진은 찬드라 X선 망원경이 바라본 미리내 블랙홀 주위 지역을 보여주고 있다. 

빨간색과 초록색, 파란색은 각각 저에너지, 중에너지, 고에너지 X선 영역을 나타낸다. 

네모 상자에는 찬드라 X선 망원경이 미리내 블랙홀 바로 주위 지역을 확대한 모습을 담고 있는데, 2005년에서 2008년까지로 표시되어 있는 왼쪽 사진은 마그네타가 관측되지 않았던 매우 조용한 상태를 유지하던 시기의 사진을 합성한 것이며 2013년의 관측 데이터를 보여주고 있는 오른쪽 사진은 이 마그네타의 발견을 가능하게 한 X선 폭발이 발생하는 동안 촬영한 것이다.

 

오랜 기간동안의 관측자료를 활용한 이번 새로운 연구는 SGR 1745-2900 으로부터 발산되는 X선의 양이 이전에 발견된 다른 마그네타에 비해서 훨씬 느리게 감소하고 있으며 그 표면은 예상보다 훨신 뜨거운 상태라는 것을 밝혀냈다.

 

연구팀의 첫번째 가정은 별지진이 이 이상한 행동을 설명할 수 있다는 것이다.

마그네타를 비롯한 중성자별들이 형성될 때, 이 별들은 고밀도 별의 표피부에 단단한 표면을 발달시킬 수 있다.

가끔 이 표면은 마치 지구에서 지진이 일어나는 동안 지표에 균열이 발생하게 되는 것과 유사하게 균열을 일으키게 될 것이다.

 

비록 별지진을 통해 여러 마그네타에서 관측되는 밝기의 변화나 느리게 식어가는 현상을 설명할 수는 있지만 이번 논문의 저자들은 이러한 역학관계가 X선에서 나타나는 밝기의 점진적인 감소와 뜨거운 표피의 온도를 설명할 수는 없다는 점을 발견했다.

별지진 모델에서 X선의 밝기 감소나 표면이 식는 현상은 너무나 빨리 일어났던 것이다.

 

과학자들은 마그네타의 표면위에 존재하는 꼬여있는 자기장 덩어리에 포획된 대전 입자들에 의해 마그네타 표면에 충격이 가해지고, 이로인해 마그네타 표면에 추가적인 열이 공급되고 X선의 완만한 감소양상이 나타나는 것인지도 모른다고 제안하고 있다.

자기장이 꼬여있는 덩어리는 중성자별이 형성될 때 만들어질 수 있다.

 

 

Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

그림> 이 그림은 매우 무거운 별의 붕괴로 생성된 중성자 별이 어떻게 극단적인 속도로 자전하면서 엄청나게 강력한 자기장을 만들어내는지를 묘사하고 있다.

 

과학자들은 미리내의 블랙홀로부터 마그네타까지의 거리가 자기장이나 중력장에 강력한 상호작용을 발생시키기에는 여전히 멀리 떨어져 있는 것이기 때문에 마그네타의 비정상적인 행동이 초거대질량의 블랙홀과 가까운 거리에 위치하고 있기 때문이라고는 생각하지 않고 있다.

천문학자들은 이 마그네타가 미리내의 초거대질량 블랙홀 주변을 공전하며 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 더 많은 단서를 수집하기 위해 마그네타 SGR 1745-2900 에 대한 연구를 계속하고 있다.

이번 연구결과는 월간 왕립학회보에 개재되었으며 이번 연구는  프란시스코 코티 젤라티(Francesco Coti Zelati, 인수브리아 대학, 암스테르담 대학, INAF-OAB)가 이끄는 대규모 국제협력단에 의해 수행되었다.
연구진은 다음과 같다.
N. Rea(University of the Amsterdam, CSIC-IEEC), A. Papitto, D. Vigano (CSIC-IEEC), J. A. Pons (Universitat d'Alacant), R. Turolla (Universita' di Padova, MSSL), P. Esposito (INAF, CfA), D. Haggard (Amherst college), F. K. Baganoff (MIT), G. Ponti (MPE), G. L. Israel, S. Campana (INAF), D. F. Torres (CSIC-IEEC, ICREA), A. Tiengo (IUSS, INAF), S. Mereghetti (INAF), R. Perna (Stony Brook University), S. Zane (MSSL), R. P. Mignani (INAF, University of Zielona Gora), A. Possenti, L. Stella (INAF).

 

NASA 마샬 우주비행 센터는 찬드라 프로그램을 관리하고 있으며 스미스소니언 천체물리천문대는 찬드라우주망원경의 과학적 운용 및 관제를 책임지고 있다.

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 5월 14일
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/sgr1745/
      

참고 : 마그네타 SGR 1745-2900을 비롯한 각종 별들에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346972

 

원문>

A magnetar near the Milky Way's supermassive black hole is exhibiting some unusual behavior.

• Since its discovery in 2013, this magnetar has been monitored by Chandra and XMM-Newton.
• The X-ray output from this magnetar is dropping more slowly than others and its surface is exceptionally hot.

In 2013, astronomers announced they had discovered a magnetar exceptionally close to the supermassive black hole at the center of the Milky Way using a suite of space-borne telescopes including NASA's Chandra X-ray Observatory.

Magnetars are dense, collapsed stars (called "neutron stars") that possess enormously powerful magnetic fields. At a distance that could be as small as 0.3 light years (or about 2 trillion miles) from the 4-million-solar mass black hole in the center of our Milky Way galaxy, the magnetar is by far the closest neutron star to a supermassive black hole ever discovered and is likely in its gravitational grip.

Since its discovery two years ago when it gave off a burst of X-rays, astronomers have been actively monitoring the magnetar, dubbed SGR 1745-2900, with Chandra and the European Space Agency's XMM-Newton. The main image of the graphic shows the region around the Milky Way's black hole in X-rays from Chandra (red, green, and blue are the low, medium, and high-energy X-rays respectively). The inset contains Chandra's close-up look at the area right around the black hole, showing a combined image obtained between 2005 and 2008 (left) when the magnetar was not detected, during a quiescent period, and an observation in 2013 (right) when it was caught as a bright point source during the X-ray outburst that led to its discovery.

A new study uses long-term monitoring observations to reveal that the amount of X-rays from SGR 1745-2900 is dropping more slowly than other previously observed magnetars, and its surface is hotter than expected.

The team first considered whether "starquakes" are able to explain this unusual behavior. When neutron stars, including magnetars, form, they can develop a tough crust on the outside of the condensed star. Occasionally, this outer crust will crack, similar to how the Earth's surface can fracture during an earthquake. Although starquakes can explain the change in brightness and cooling seen in many magnetars, the authors found that this mechanism by itself was unable to explain the slow drop in X-ray brightness and the hot crustal temperature. Fading in X-ray brightness and surface cooling occur too quickly in the starquake model.

The researchers suggest that bombardment of the surface of the magnetar by charged particles trapped in twisted bundles of magnetic fields above the surface may provide the additional heating of the magnetar's surface, and account for the slow decline in X-rays. These twisted bundles of magnetic fields can be generated when the neutron star forms.

The researchers do not think that the magnetar's unusual behavior is caused by its proximity to a supermassive black hole, as the distance is still too great for strong interactions via magnetic fields or gravity.

Astronomers will continue to study SGR 1745-2900 to glean more clues about what is happening with this magnetar as it orbits our galaxy's supermassive black hole.

These results appear in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in a paper led by the PhD student Francesco Coti Zelati (Universita' dell' Insubria, University of Amsterdam, INAF-OAB), within a large international collaboration including N. Rea (University of the Amsterdam, CSIC-IEEC), A. Papitto, D. Viganò (CSIC-IEEC), J. A. Pons (Universitat d'Alacant), R. Turolla (Universita' di Padova, MSSL), P. Esposito (INAF, CfA), D. Haggard (Amherst college), F. K. Baganoff (MIT), G. Ponti (MPE), G. L. Israel, S. Campana (INAF), D. F. Torres (CSIC-IEEC, ICREA), A. Tiengo (IUSS, INAF), S. Mereghetti (INAF), R. Perna (Stony Brook University), S. Zane (MSSL), R. P. Mignani (INAF, University of Zielona Gora), A. Possenti, L. Stella (INAF).

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 SGR 1745-2900:
Credit	NASA/CXC/INAF/F.Coti Zelati et al
Release Date	May 14, 2015
Scale	Main Image is 8 arcmin across (about 61 light years); Inset image is about 14 arcsec across (1.8 light years)
Category	Black Holes, Milky Way Galaxy
Coordinates (J2000)	RA 17h 45m 40s | Dec -29° 00' 28.00"
Constellation	Sagittarius
Observation Date	Main Image: 43 pointings from September 21, 1999 to May 18, 2009; Inset: 25 pointings between 29 Apr 2013 and 30 Aug 2014
Observation Time	Main Image: 278 hours (11 days 14 hours); Inset:
Obs. ID	Main Image: 242, 1561, 2943, 2951-2954, 3392, 3393, 3549, 3663, 3665, 4683, 4684, 5360, 5950-5954, 6113, 6363, 6639, 6640-6646, 7554-7759, 9169-9174, 10556; Inset: 14702-14704, 14943-14946, 15040-15045, 15651, 15654, 16508, 16210-16217, 16597
Instrument	ACIS
References	Coti Zelati, F. et al, 2015, MNRAS 449, 2685; arXiv:1503.01307
Color Code	Energy: Red (2-3.3 keV), Green (3.3-4.7 keV), Blue (4.7-8 keV)

Distance Estimate

About 26,000 light years