궁수자리 A*(Sagittarius A*) : 미리내 블랙홀의 X선 섬광

 

Credit  NASA/CXC/MPE/G.Ponti et al; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

 

• 미리내의 초거대질량 블랙홀에 대한 장시간 모니터링 활동이 진행되는 동안 특이한 행동 양상을 발견하였다.

• 미리내의 블랙홀인 궁수자리 A* (Sagittarius A*)는 전형적이면서도 상대적으로 잠잠한 양상을 유지하고 있는 블랙홀인데 2014년 중반 X선 섬광이 증가하는 양상이 나타난 것이다.

• 이러한 양상이 나타난 때는 G2 라는 수수께끼의 천체가 블랙홀로부터 가까운 곳을 통과한 시기와 일치한다.

• 천문학자들은 X선 섬광 증가의 이유가 무엇인지 규명하기 위해 미리내 블랙홀에 대한 관측을 계속할 예정이다.

지구 궤도를 돌고 있는 세 개의 X선 빛통들은 지난 15년 동안 미리내 중심에 자리잡은 초거대질량 블랙홀의 활동 양상을 지속적으로 모니터링해오고 있다.

그리고 최근 궁수자리 A* (Sagittarius A*, Sgr A*)라는 이름을 가지고 있는, 태양 질량의 4백만배에 달하는 질량을 가진 이 블랙홀에서 새로운 변화가 감지되었다.

 

위 사진 중 아래쪽에 있는 사진은 궁수자리 A* 가 자리잡은 지역과 그 주변을 보여주는 것으로서, 빨간색, 초록색, 파란색은 각각 찬드라 X선 우주빛통이 관측한 저에너지 대역, 중간 에너지 대역, 고에너지 대역의 X선을 보여주고 있다.

궁수자리 A* 자체는 사진에서는 보이지 않지만 화살표가 지목하고 있는 하얀색 점에 파묻혀 있다.

 

이 15년간의 X선 관측에는 또 다른 두 개의 우주빛통이 참여하고 있다.
ESA 의 XMM-뉴턴 빛통과 NASA 의 스위프트 감마선 폭발 탐사위성이 그것인데, 이 두 개 탐사선의 탐사자료에 이 사진은 포함되어 있지 않다.

 

지난 1년 사이 평소처럼 평온한 상태를 보이던 블랙홀이 일반적인 수준을 상회하는 X선 섬광의 증가를 보여주었다.

이러한 갑작스런 증가는 궁수자리 A*에 G2라는 이름의 수수께끼의 천체가 가까운 거리를 통과하던 때와 일치한다.

천문학자들은 수년동안 G2라는 이름의 이 천체를 추적해왔으며 처음에 이 천체는 팽창된 가스와 먼지구름일 것으로 생각되었다.

그러나 G2는 2013년 말에 궁수자리 A* 의 지근거리를 통과한 후에도 아주 약간의 물질만 쪼개져 나간 것으로 보이고 전반적으로 그다지 큰 변화가 관측되지 않았다.

이러한 결과는 G2가 사실 가스 구름이 아니며 먼지 고치에 파묻혀 있는 별이거나 짝별일 것이라는 추측을 가능하게 했다.

만약 G2에 대한 이와 같은 설명이 최근 X선 섬광의 증가 양상을 설명해 줄 수 있다면 이것은 가스 구름에서 여분의 물질들이 블랙홀로 추락해 들어간 양상에 대한 첫번째 관측이라는 기록이 된다.

가스 중 일부는 구름으로부터 떨어져 나가 궁수자리 A* 의 중력에 포섭되었을 수도 있다.

만약 그랬다면 이 가스가 블랙홀을 향해 추락하는 고온의 물질들과의 상호작용을 통해 빨려들어가는 속도가 빨라지는 한편 X선 섬광 역시 만들어내게 되었을 것이다.

 

이와 같은 추측이 사진 상단에 두 개의 그림으로 묘사되어 있다.

 

G2가 지근거리를 통과하면서 X선의 발생 양상이 증가하였다는 것은 흥미로운 가설이긴 하지만 아직 확정되지는 않은 추측일 분이다.

천문학자들은 또다른 블랙홀들에서도 최근 궁수자리 A*에서 목격된 것과 같은 유사한 X선 섬광의 증가 양상을 목격하기 때문이다.

따라서 이러한 현상은 G2와는 아무런 관련이 없는, 초거대질량의 블랙홀에서 일반적으로 나타나는 특징일 가능성이 있는 것이다.

그도 아니라면 블랙홀로 빨려들어가는 근처의 무거운 별들로부터 발생하는 폭풍의 강도가 변화되면서 나타나는 현상일 수도 있다.

 

이번 분석 결과에는 1999년 9월부터 2014년 11월까지 미리내의 중심부를 관측한 찬드라 X선 빛통과 XMM-뉴턴 빛통의 관측 데이터 150개가 포함되어 있다.

 

궁수자리 A*에서 갑작스런 밝기 변화가 나타난 것은 G2의 최근접 통과가 이루어지고 나서 여러 달이 지난 후인 2014년 중반 경이었다.

 

2014년 8월 30일부터 10월 사이에 획득한 찬드라와 XMM, 스위프트 위성의 데이터에 따르면 3일에 여섯개 꼴로 밝은 섬광이 목격되었는데, 이는 0.8개 수준의 예상치를 훨씬 웃도는 것이었다.

 

이번 논문은 왕립천문학회 월보에 개재될 예정이며 현재 온라인상에서는 확인이 가능하다.

 

이번 논문의 공동저자들은 하기와 같다.
Gabriele Ponti (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics),
Barbara De Marco (Max Planck),
Mark Morris (University of California, Los Angeles),
Andrea Merloni (Max Planck),
Teo MuA±oz-Darias (University of La Laguna, Spain),
Maica Clavel (CEA Saclay, France),
Darryl Haggard (Amherst College),
Shuo Zhang (Columbia University),
Kirpal Nandra (Max Planck),
Stefan Gillassen (Max Planck),
Kenji Mori (Columbia),
Joseph Nielsen (Massachusetts Institute of Technology),
Nanda Rea (University of Amsterdam),
Natalie Degenaar (University of Cambridge),
Regis Terrier (University of Paris), and
Andrea Goldwurm (CEA Saclay).

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 9월 23일 
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/sgra2/      

 

참고 : 미리내의 블랙홀을 근접통과한 천체 G2에 대한 상세 내용은 하기 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12347842 
              
참고 : 궁수자리 A*를 비롯한 블랙홀에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346986

 

원문>

Sagittarius A*: Milky Way's Black Hole Shows Signs of Increased Chatter

• A long monitoring campaign of the Milky Way's supermassive black hole has revealed some unusual activity.

 

• Typically relatively quiet, the black hole (called Sagittarius A*) had an increase in X-ray flares in mid-2014.

 

• The timing of this surge coincided with the close passage of the mysterious G2 object near the black hole.

 

• Astronomers will continue to observe the black hole to ascertain the true nature of the increased X-ray activity.

Three orbiting X-ray telescopes have been monitoring the supermassive black hole at the center of the Milky Way galaxy for the last decade and a half to observe its behavior, as explained in our latest press release. This long monitoring campaign has revealed some new changes in the patterns of this 4-million-solar-mass black hole known as Sagittarius A* (Sgr A*).

The bottom panel of this graphic is a view of the region around Sgr A* where red, green, and blue represent low, medium, and high-energy X-rays detected by NASA's Chandra X-ray Observatory. Sgr A* itself is not visible in this image, but is embedded in the white dot at the end of the arrow. The other two telescopes involved in the 15 years of X-ray observations were ESA's XMM-Newton and NASA's Swift Gamma Ray Burst Explorer, but their data are not included in this image.

Within the past year, the usually quiet black hole has shown an increased level of X-ray flares over its typical rate. This surge in X-ray flares coincides with the passage close to Sgr A* of a mysterious object called G2. Astronomers have been tracking G2 for years, originally thinking it was an extended cloud of gas and dust. However, after passing close to Sgr A* in late 2013 its appearance did not change much, apart from being slightly stretched by the gravity of the black hole. This led to new theories that G2 was not a gas cloud, but instead a star or pair of stars within an extended dusty cocoon.

If the G2 explanation does explain the recent rise in X-ray flares, it would be the first sign of excess material falling onto the black hole because of the cloud's close passage. Some gas would likely have been stripped off the cloud, and captured by the gravity of Sgr A*. It then could have started interacting with hot material flowing towards the black hole, resulting in an enhanced feeding rate and the production of X-ray flares. This scenario is depicted in the artist's illustrations found in the upper two panels of the graphic.

While the timing of G2's passage with the surge in X-rays from Sgr A* is intriguing, it is not yet an open-and-shut case. That is because astronomers see other black holes that appear to have behavior similar to the most recent increase of activity from Sgr A*. Therefore, it's possible this increased chatter from Sgr A* may be a common trait among supermassive black holes and unrelated to G2. Instead, it could represent, for example, a change in the strength of winds from nearby massive stars that are feeding the black hole.

The analysis included 150 Chandra and XMM-Newton observations pointed at the center of the Milky Way over the last 15 years, extending from September 1999 to November 2014. An increase in the rate and brightness of bright flares from Sgr A* occurred after mid-2014, several months after the closest approach of G2 to the huge black hole. The newest set of Chandra, XMM and Swift observations, obtained between August 30 and October 2014, revealed six bright flares within about three days, while an average of only 0.8 bright flares was expected.

A paper on these findings has been accepted by the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society and a preprint is available online. The authors of this study were Gabriele Ponti (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), Barbara De Marco (Max Planck), Mark Morris (University of California, Los Angeles), Andrea Merloni (Max Planck), Teo Muñoz-Darias (University of La Laguna, Spain), Maica Clavel (CEA Saclay, France), Darryl Haggard (Amherst College), Shuo Zhang (Columbia University), Kirpal Nandra (Max Planck), Stefan Gillassen (Max Planck), Kenji Mori (Columbia), Joseph Nielsen (Massachusetts Institute of Technology), Nanda Rea (University of Amsterdam), Natalie Degenaar (University of Cambridge), Regis Terrier (University of Paris), and Andrea Goldwurm (CEA Saclay).

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.