RGG 118 에서 발견된 가장 가벼운 초거대질량 블랙홀

 

Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Michigan/V.F.Baldassare, et al; Optical: SDSS

 

 

• 천문학자들이 초거대질량의 블랙홀로 분류되는 블랙홀 중 가장 적은 질량을 가진 블랙홀을 발견했다.

• 6.5미터 클레이 빛통의 데이터를 이용한 측정 결과 이 블랙홀의 질량은 태양 질량의 5만 배이다.

• 블랙홀을 향해 휘감겨 흐르는 뜨거운 가스로부터 방출되는 X선은 찬드라 X선 빛통에 의해 관측되었다.

• 이 블랙홀은 초거대 질량의 블랙홀의 형성에 대한 이해에 도움을 줄 것으로 보인다.

 

 

천문학자들이 찬드라 X선 빛통과 칠레 6.5미터 클레이 빛통을 이용하여 은하의 정 가운데에 자리잡고 있는 가장 가벼운 초거대질량의 블랙홀을 식별해 냈다.

이 모순처럼 보이는 천체는 130억년 또는 이보다 더 오래되었을 은하들에서 얼마나 거대한 블랙홀들이 형성될 수 있는가에 대한 단서를 제공해 줄 수 있을 것으로 보인다.

 

천문학자들은 이 블랙홀의 질량이 태양의 5만배에 달하는 것으로 예측하였다.

이는 은하의 중심에 자리잡고 있는 블랙홀로서 지금까지 측정된 가장 적은 질량의 블랙홀보다 반 이상 적은 질량에 해당한다.

 

이 블랙홀은 지구로부터 3억 4천만 광년 떨어진 RGG 118 이라는 이름의 난쟁이 원반은하의 중심에 자리잡고 있다.

위 사진은 SDSS로부터 촬영된 사진에 담긴 RGG 118의 모습이며 네모 상자에는 찬드라 X선 빛통이 촬영한 이 은하의 중심이 담겨있다.

 

X선이 식별해낸 점은 블랙홀 주위를 휘감고 있는 고온의 가스에 의해 만들어진 것이다.

 

과학자들은 이 블랙홀의 질량을 은하 중심 근처를 돌고 있는 차가운 가스의 움직임을 통해 측정하였다.
이 가스는 클레이 빛통의 가시광선 데이터를 이용하여 관측한 것이다.

또한 과학자들은 블랙홀을 향해 소용돌이치고 있는 뜨거운 가스의 X선 밝기를 찬드라 X선 빛통을 이용하여 알아냈다.

 

과학자들은 이 뜨거운 가스의 복사 압력이 만들어내고 있는 바깥쪽을 향하는 압력이 블랙홀이 만들어내는 중력의 1% 수준이라는 것을 알아냈는데
이는 다른 초거대 질량의 블랙홀에서 나타나는 속성과 일치하는 것이었다.

 

 

Credit: Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

그림 1> 이 상상화는 블랙홀을 둘러싸고 있는 뜨거운 가스의 원반과 이보다는 차가운 가스와 먼지로 이루어진 거대한 도넛 모양의 RGG 118을 보여주고 있다.

은하의 뒷쪽에 보이는 밝은 파란색의 고리는 뜨거운 가스 원반에서 X선에 의해 전리된 철원자의 발광작용에 의해 생겨난 것이다.

 

 

초거대 질량의 블랙홀이 갖는 질량과 이 블랙홀을 품고 있는 은하 중심의 별들에서 나타나는 속도 범주간의 관계는 이미 예전에 규명되어 있었다.

이러한 관계는 RGG 118과 RGG 118이 품고 있는 블랙홀 간의 관계에서도 여전히 유지되고 있는 관계이다.

 

RGG 118이 품고 있는 블랙홀의 질량은 미리내 중심에 자리잡고 있는 초거대 질량의 블랙홀보다 100배나 가벼우며 지금까지 은하의 한 가운데에서 발견된 가장 무거운 블랙홀에 비하면 무려 20만배나 가벼운 수준이다.

 

천문학자들은 빅뱅 이후 10억년이 채 지나지 않은 시점에 발견되는, 태양 질량의 10억 배에 맞먹는 블랙홀의 형성을 이해하려고 노력하고 있다.

 

RGG 118 이 품고 있는 블랙홀은 천문학자들에게 현재의 기술로는 감지되는 않는 1세대 블랙홀 대신에 가장 작은 초거대질양의 블랙홀에 대해 연구할 기회를 제공해주고 있다.

 

 

천문학자들은 초거대질량의 블랙홀이 태양 질량의 1만 배에서 10만 배에 달하는 거대 가스구름이 블랙홀로 추락하면서 만들어지는 것으로 추정하고 있다.

이렇게 형성된 수많은 블랙홀들이 충돌합병을 거듭하여 초거대 질량의 블랙홀을 만들어내는 씨앗이 된다고 생각하고 있는 것이다.

 

또다른 가설은 태양 질량의 100배에 달하는 거대한 별들이 연료를 모두 소진한 후 붕괴되면서 만들어진 블랙홀이 초거대질량의 블랙홀을 만드는 씨앗일 것으로 추정하고 있다.

과학자들은 이러한 두 개 가설 중 하나를 선택하는데, 그리고 이러한 블랙홀들이 어떻게 몸집을 키워나가는지에 대한 이해를 좀더 가다듬는데 있어 도움을 줄 수 있을만한 연구 대상으로서 RGG 118의 블랙홀이나 이 블랙홀에 비견될만한 크기와 무게를 가진 초거대질량의 블랙홀을 찾기 위한 노력을 계속하고 있다.

 

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 8월 11일
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/rgg118/
  

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

 

원문>

RGG 118: Oxymoronic Black Hole Provides Clues to Growth

• Astronomers have identified the smallest supermassive black hole found in the center of a galaxy.

 

• The mass of the black hole is about 50,000 times that of the Sun, using data from the 6.5-meter Clay Telescope.

 

• X-rays from hot gas swirling towards the black hole were detected by Chandra.

 

• The black hole may help us understand the formation of much larger supermassive black holes.

 

Astronomers using NASA's Chandra X-ray Observatory and the 6.5-meter Clay Telescope in Chile have identified the smallest supermassive black hole ever detected in the center of a galaxy, as described in our latest press release. This oxymoronic object could provide clues to how much larger black holes formed along with their host galaxies 13 billion years or more in the past.

Astronomers estimate this supermassive black hole is about 50,000 times the mass of the Sun. This is less than half the previous lowest mass for a black hole at the center of a galaxy.

The tiny heavyweight black hole is located in the center of a dwarf disk galaxy, called RGG 118, about 340 million light years from Earth. Our graphic shows a Sloan Digital Sky Survey image of RGG 118 and the inset shows a Chandra image of the galaxy's center. The X-ray point source is produced by hot gas swirling around the black hole.

Researchers estimated the mass of the black hole by studying the motion of cool gas near the center of the galaxy using visible light data from the Clay Telescope. They used the Chandra data to figure out the brightness in X-rays of hot gas swirling toward the black hole. They found that the outward push of radiation pressure of this hot gas is about 1% of the black hole's inward pull of gravity, matching the properties of other supermassive black holes.

Previously, a relationship has been noted between the mass of supermassive black holes and the range of velocities of stars in the center of their host galaxy. This relationship also holds for RGG 118 and its black hole.

The black hole in RGG 118 is nearly 100 times less massive than the supermassive black hole found in the center of the Milky Way. It is also about 200,000 times less massive than the heaviest black holes found in the centers of other galaxies.

Astronomers are trying to understand the formation of billion-solar-mass black holes that have been detected from less than a billion years after the Big Bang. The black hole in RGG 118 gives astronomers an opportunity to study a nearby small supermassive black hole in lieu of the first generation of black holes that are undetectable with current technology.

Astronomers think that supermassive black holes may form when a large cloud of gas, weighing about 10,000 to 100,000 times that of the Sun, collapses into a black hole. Many of these black hole seeds then merge to form much larger supermassive black holes. Alternately, a supermassive black hole seed could come from a giant star, about 100 times the Sun's mass, that ultimately forms into a black hole after it runs out of fuel and collapses.

Researchers will continue to look for other supermassive black holes that are comparable in size or even smaller than the one in RGG 118 to help choose between the two options mentioned above and refine their understanding of how these objects grow.

A preprint of these results is available online. The other co-author of the paper is Jenny Greene, from Princeton University in Princeton, New Jersey. 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.