NGC 5813 : 블랙홀이 여러차례 분출을 일으킨 증거를 찾아내다.

 

Credit  X-ray: NASA/CXC/SAO/S.Randall et al., Optical: SDSS

 

• NGC 5813의 중심부에 자리잡고 있는 초거대질량의 블랙홀은 지난 5천만년동안 수차례 분출이 발생한 바가 있음을 찬드라우주망원경의 데이터가 보여주었다.
  

• NGC 5813은 뜨거운 가스를 담고 있는 거대한 저장고에 들어있는 은하군이다.
  

• 이 뜨거운 가스에서 찬드라가 탐지해낸 동공부나 거품들이 바로 블랙홀의 분출에 대한 정보를 제공해주고 있다.
  

• NGC 5813에 대한 찬드라우주망원경의 관측은 X선으로 수행된 은하군의 관측으로서는 최장시간에 도달한 관측이 되었다.
   

천문학자들이 NASA 찬드라우주망원경을 이용하여 지난 5천만년동안 여러차례 분출을 일으킨 초거대질량의 블랙홀을 볼 수 있었다.
이러한 사건은 은하군의 중심부에 나타나는 풍경을 변화시켰다.
과학자들은 지구로부터 1억 5백만광년 거리에 위치하는 은하군인 NGC 5813에 대한 연구를 통해 블랙홀 분출의 역사를 발견할 수 있었다.

 

이번 관측은 찬드라 X선 망원경으로 수행된 은하군 관측 중 가장 오랜기간 이루어진 것으로 관측에는 꼬박 일주일이 소요되었다.
사진에서 찬드라 X선 망원경이 수집한 데이터(보라색)는 가시광선(붉은색, 초록색, 파란색) 데이터와 함께 나타나 있다.

 

은하군은 사촌에 해당하는 은하단과 유사한 천체이다.
그러나 은하단의 경우 수천 수백개의 은하들이 몰려 있는데 반해, 은하군은 일반적으로 50개 미만의 은하들로 구성되는 천체를 말한다.

 

은하단과 마찬가지로 은하군 역시 X선을 복사하는 엄청난 양의 뜨거운 가스에 둘러싸여 있다.

 

초거대질량의 블랙홀 폭발이 발생한 지점은 NGC 5813의 중심에 자리잡고 있는 은하이다.

 

블랙홀의 회전은 블랙홀에 나선형으로 추락하는 가스와 함께 촘촘하게 감겨 수직으로 뻗어오르면서 회전하는 자기장의 탑을 만들어내게 되고 안쪽으로 추락하는 거대한 가스 파편들을 초고속의 블랙홀 제트를 이용하여 블랙홀 인근으로부터 던져버리게 된다.
 

과학자들은 수백만도로 들끓는 NGC 5813의 가스 속에 존재하는 동공부와 거대 거품들을 연구함으로써 이 블랙홀 분출물의 길이를 잴 수 있었다.

이 동공부들은 초거대질량의 블랙홀로부터 뿜어져나온 제트에 의해 생성된 충격파가 외곽으로 가스를 밀어젖히면서 만들어진 것이다.

 

최근 찬드라우주망원경의 관측을 통해 세번째로 발견된 한 쌍의 동공부와 함께 이전에 NGC 5813에서 발견된 두 쌍의 동공부는 모두 중심블랙홀로부터 발생한 서로 다른 분출에 의해 생성된 것임을 알게 되었다.  

 

 

 

 

이는 은하군이나 은하단에서 여지껏 발견된 동공부로서는 가장 많은 수에 해당한다.

 

저밀도의 공기 거품이 물 표면으로 떠오르는 것과 유사하게 NGC 5813의 이 거대한 동공부들도 블랙홀로부터 먼 곳으로 이동하고 있다. 

 

블랙홀의 분출 이력에 대해 더 많은 것을 알아내기 위해 과학자들은 이 세 쌍의 동공부들을 세밀하게 연구했다.

과학자들은 블랙홀로부터 가장 가까운 지점에 위치하는 한 쌍의 동공부를 만들어내는데 필요했던 에너지가 이전에 만들어진 다른 두 쌍의 동공부보다 훨씬 적다는 것을 알아냈다.

그러나 에너지가 생성되는 비율은 세 쌍 모두 동일한 수준이다.

이것은 가장 안쪽에 위치하는 한 쌍의 동공부와 관련된 폭발이 여전히 지속되고 있다는 것을 의미한다.

 

세 쌍의 동공부 모두는 X선 사진에서 날카로운 끄트머리로 보이는 충격파면과 연관이 있다.

비행기가 초음속에 진입할 때 만들어지는 음속 폭음과 유사한 이 충격파면은 가스를 가열시키면서 식어가는 가스에서 상당한 수의 새로운 별들을 만들어내는 활동을 방해하게 된다.

충격파면에 대한 보다 세밀한 연구는 이 충격파가 매우 날카로운 형태를 띠기보다는 보다 넓게 퍼진 형태를 띤다는 것을 밝혀주었다.  

이것은 아마도 뜨거운 가스의 격류에 의한 것인지도 모른다.

 

이번 관측의 경우 논문의 저자들은 이 격류의 속도를 알아낼 수 있었는데, 제각각 움직이는 이 가스들의 평균 속도는 대략 시속 25만 8천 킬로미터 정도였다.

이러한 결과는 X선 관측 결과를 기반으로 한 은하그룹이나 은하단의 뜨거운 가스에 대한 이론적 모델 및 예측치에서 예견한 것과 부합하는 결과였다.

이번 논문은 2015년 6월 1일자 아스트로피지컬 저널(The Astrophysical Journal)에 개재되었다.

이번 논문의 주저자는 하바드 스미스소니언 천체물리 센터의 스콧 렌달(Scott Randall)이며 공동 저자는 다음과 같다.
Paul Nulsen, Christine Jones, William Forman and Esra Bulbul from CfA;
Tracey Clarke from the Naval Research Laboratory in Washington DC;
Ralph Kraft from CfA;
Elizabeth Blanton from Boston University in Boston, MA;
Lawrence David from CfA; Norbert Werner from Stanford University in Stanford, CA;
Ming Sun from University of Alabama in Huntsville, AL;
Megan Donahue from Michigan State University in East Lansing, MI;
Simona Giacintucci from University of Maryland in College Park, MD and Aurora Simionescu from the Japan Aerospace Exploration Agency in Kanagawa, Japan.

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 6월 11일 
        http://chandra.harvard.edu/photo/2015/ngc5813/

 

참고 : NGC 5813을 비롯한 각종 은하군 및 은하단, 은하에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 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 5813: Chandra Finds Evidence for Serial Black Hole Eruptions

• Chandra data show the supermassive black hole at the center of NGC 5813 has erupted multiple times over 50 million years.

 

• NGC 5813 is a group of galaxies that is immersed in an enormous reservoir of hot gas.

 

• Cavities, or bubbles, in the hot gas that Chandra detects gives information about the black hole's eruptions.

 

• Chandra's observations of NGC 5813 are the longest ever of a galaxy group taken in X-ray light.

 

Astronomers have used NASA's Chandra X-ray Observatory to show that multiple eruptions from a supermassive black hole over 50 million years have rearranged the cosmic landscape at the center of a group of galaxies.

Scientists discovered this history of black hole eruptions by studying NGC 5813, a group of galaxies about 105 million light years from Earth. These Chandra observations are the longest ever obtained of a galaxy group, lasting for just over a week. The Chandra data are shown in this new composite image where the X-rays from Chandra (purple) have been combined with visible light data (red, green and blue).

Galaxy groups are like their larger cousins, galaxy clusters, but instead of containing hundreds or even thousands of galaxies like clusters do, galaxy groups are typically comprised of 50 or fewer galaxies. Like galaxy clusters, groups of galaxies are enveloped by giant amounts of hot gas that emit X-rays.

The erupting supermassive black hole is located in the central galaxy of NGC 5813. The black hole's spin, coupled with gas spiraling toward the black hole, can produce a rotating, tightly wound vertical tower of magnetic field that flings a large fraction of the inflowing gas away from the vicinity of the black hole in an energetic, high-speed jet.

The researchers were able to determine the length of the black hole's eruptions by studying cavities, or giant bubbles, in the multi-million degree gas in NGC 5813. These cavities are carved out when jets from the supermassive black hole generate shock waves that push the gas outward and create huge holes.

The latest Chandra observations reveal a third pair of cavities in addition to two that were previously found in NGC 5813, representing three distinct eruptions from the central black hole. (Mouse over the image for annotations of the cavities.) This is the highest number of pairs of cavities ever discovered in either a group or a cluster of galaxies. Similar to how a low-density bubble of air will rise to the surface in water, the giant cavities in NGC 5813 become buoyant and move away from the black hole.

To understand more about the black hole's history of eruptions, the researchers studied the details of the three pairs of cavities. They found that the amount of energy required to create the pair of cavities closest to the black hole is lower than the energy that produced the older two pairs. However, the rate of energy production, or power, is about the same for all three pairs. This indicates that the eruption associated with the inner pair of cavities is still occurring.

Each of the three pairs of cavities is associated with a shock front, visible as sharp edges in the X-ray image. These shock fronts, akin to sonic booms for a supersonic plane, heat the gas, preventing most of it from cooling and forming large numbers of new stars.

Close study of the shock fronts reveals that they are actually slightly broadened, or blurred, rather than being very sharp. This may be caused by turbulence in the hot gas. Assuming this is the case, the authors found a turbulent velocity - that is, the average speed of random motions of the gas - of about 160,000 miles per hour (258,000 kilometers per hour). This is consistent with the predictions of theoretical models and estimates based on X-ray observations of the hot gas in other groups and clusters.

A paper describing these results was published in the June 1st, 2015 issue of The Astrophysical Journal and is available online. The first author is Scott Randall from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge, MA and the co-authors are Paul Nulsen, Christine Jones, William Forman and Esra Bulbul from CfA; Tracey Clarke from the Naval Research Laboratory in Washington DC; Ralph Kraft from CfA; Elizabeth Blanton from Boston University in Boston, MA; Lawrence David from CfA; Norbert Werner from Stanford University in Stanford, CA; Ming Sun from University of Alabama in Huntsville, AL; Megan Donahue from Michigan State University in East Lansing, MI; Simona Giacintucci from University of Maryland in College Park, MD and Aurora Simionescu from the Japan Aerospace Exploration Agency in Kanagawa, Japan.

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 NGC 5813:
Credit	X-ray: NASA/CXC/SAO/S.Randall et al., Optical: SDSS
Release Date	June 10, 2015
Scale	Image is 8.6 arcmin across (about 260,000 light years)
Category	Groups & Clusters of Galaxies
Coordinates (J2000)	RA 15h 01m 11.3s | Dec +01° 42' 07.1''
Constellation	Virgo
Observation Date	9 pointings between Apr 2005 and Apr 2011
Observation Time	180 hours 33 min (7 days 12 hours 33 min).
Obs. ID	5907, 9517, 12951-12953, 13246, 13247, 13253, 13255
Instrument	ACIS
References	Randall, S. et al, 2015, ApJ, 805, 112; arXiv:1503.08205
Color Code	X-ray (Purple); Optical (Red, Green, Blue)

Distance Estimate

About 105 million light years