B3 0727+409 : 빅뱅의 잔광이 발견하게 해준 머나먼 블랙홀의 제트

 

Credit  X-ray: NASA/CXC/ISAS/A.Simionescu et al, Optical: DSS

 

 

• 찬드라 X선 망원경을 이용하여 B3 0727+409라는 이름의 매우 멀리 떨어져 있는 블랙홀로부터 생성된 제트가 포착되었다.
  

• 이 빛은 우주의 나이가 현재 대비 고작 5분의 1정도에 지나지 않았던 빅뱅 이후 27억년 시점의 제트로부터 복사된 것이다.
  

• 이과 같은 제트는 우주 초기 블랙홀의 성장을 엿볼 수 있는 기회를 천문학자들에게 제공해주고 있다.
  

• 일반적으로 이처럼 머나먼 거리의 제트는 라디오파에서 우선 발견되지만 찬드라 X선 망원경에 의해 처음 발견된 B3 0727+409에는 라디오파 복사가 존재하지 않았다.

머나먼 블랙홀로부터 발생한 제트가 우주배경복사라고 알려진 빅뱅으로부터 남겨진 빛을 받아내고 있는 모습이 발견되었다고 최근 보도되었다.
천문학자들은 NASA의 찬드라 X선 망원경을 이용하여 탐사 대상이 된 지역에서 다른 X선 원을 찾던 중 우연히 이 머나먼 제트를 발견하게 되었다.

 

B3 0727+409라고 알려진 이 제트와 같은 초기 우주의 제트는 천문학자들로 하여금 우주 초기 시대 블랙홀의 성장을 엿볼 수 있는 기회를 제공해주고 있다.

 

B3 0727+409로부터 발생한 빛은 빅뱅으로부터 27억년이 지난 시점에 발생한 것이었다.
이 때 우주의 나이는 현재 나이대비 고작 5분의 1정도에 지나지 않던 시점이었다.

 

상단 사진은 찬드라 X선 망원경이 감지한 X선 데이터를 DSS에서 촬영한 가시광선 데이터와 합성한 것이다.
(중앙의 두 개 점이 각각 서로 다른 두 개의 X선 원을 의미하는 것이 아님에 유념하라. 이것은 제트 앞에 은하가 우연히 겹쳐 보이는 것 뿐이다.)

네모 상자에서는 찬드라가 감지한 X선 복사가 더더욱 자세하게 나타나 있다.

 

0727+409가 만들어낸 제트의 길이는 최소 30만 광년이다.

 

지금까지 근거리 우주의 초거대질량 블랙홀로부터 복사되는 기다란 제트는 여러 번 감지되었다.
그러나 이 제트가 어떻게 X선 복사를 방출해 내는지는 여전히 논란거리로 남아 있다.

 

B3 0727+409의 경우 우주배경복사가 X선 파장으로 증폭되는 것처럼 보인다.

 

과학자들은 블랙홀로부터 뿜어져나온 제트 상의 전자가 거의 광속에 육박할 때 우주배경복사가 잔뜩 몰려 있는 지역을 통과하면서 마이크로 광자와 충돌하는 것으로 생각하고 있다.

이 와중에 광자의 에너지 준위가 X선 대역까지 상승하게 되고, 이것이 찬드라 X선 망원경에 의해 포착되었다는 것이다.

 

만약 그렇다면 B3 0727+409 제트상의 전자는 반드시 수백만 년동안 거의 광속에 가까운 속도를 유지하고 있어야 한다는 결론이 나온다.

 

천문학자들이 은하단을 관측하는 동안 이 제트가 정말 우연히 발견되었기 때문에 이번 발견의 중요성은 한층 가치가 있다고 할 수 있다.

 

역사적으로 이처럼 머나먼 거리에 있는 제트는 우선 라디오파에서 먼저 관측이 되고 나서 고에너지 복사를 탐사하기 위한 X선 관측이 후속으로 진행되는 것이 보통이었다.

 

만약 밝은 복사를 뿜어내는 X선 제트가 매우 희미하게라도 존재할 수 있고 이에 상응하는 라디오파가 존재하지 않는다면 이것은 더 많은 이와 같은 제트가 존재할 수도 있음을 의미하는 것이다.
결국 지금까지 천문학자들이 체계적으로 이러한 제트를 찾으려는 시도를 하지 않았던 것 뿐이라는 사실을 말해주는 것이다.

 

이번 연구 결과를 담은 논문은 2016년 1월 천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)에 개재되었으며 현재 온라인으로도 확인이 가능하다.

 

이번 논문에 참여한 저자들은 다음과 같다.

오로라 시미오네스쿠(Aurora Simionescu, 일본 우주항공과학 연구소),

루카즈 스타바르츠(Lukasz Stawarz, 폴란드 야기엘로니안 대학),

유토 이치노에(Yuto Ichinohe, 일본 우주항공과학 연구소),
테디 청(Teddy Cheung, 미해군 연구소),

마렉 얌로치(Marek Jamrozy, 폴란드 야기엘로니안 대학),

아네타 시미기노브스카(Aneta Siemiginowsk, 하바드-스미스소니언 천체물리센터),
쿠이치 하기노(Kouichi Hagino, 일본 우주항공과학 연구소),

포샥 간디(Poshak Gandhi, 영국 사우스햄톤 대학),

노버트 워너(Norbert Werner, 캐나다 스탠포드 대학)

 

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2016년 2월 16일 
         http://chandra.harvard.edu/photo/2016/b30727/

 

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

 

원문>

• A jet from a very distant black hole, called B3 0727+409, has been found using the Chandra X-ray Observatory.

 

• The light from this jet was emitted just 2.7 billion light years after the Big Bang when the Universe was only one fifth its current age.

 

• Jets in the early Universe such as this one give astronomers a way to probe the growth of black holes at a very early epoch.

 

• Typically, such distant jets are discovered in radio waves first, but not B3 0727+409 that was first found by Chandra.

 

A jet from a very distant black hole being illuminated by the leftover glow from the Big Bang, known as the cosmic microwave background (CMB), has been found as described in our latest press release. Astronomers using NASA's Chandra X-ray Observatory discovered this faraway jet serendipitously when looking at another source in Chandra's field of view.

Jets in the early Universe such as this one, known as B3 0727+409, give astronomers a way to probe the growth of black holes at a very early epoch in the cosmos. The light from B3 0727+409 was emitted about 2.7 billion years after the Big Bang when the Universe was only about one fifth of its current age.

This main panel graphic shows Chandra's X-ray data that have been combined with an optical image from the Digitized Sky Survey. (Note that the two sources near the center of the image do not represent a double source, but rather a coincidental alignment of the distant jet and a foreground galaxy.)

The inset shows more detail of the X-ray emission from the jet detected by Chandra. The length of the jet in 0727+409 is at least 300,000 light years. Many long jets emitted by supermassive black holes have been detected in the nearby Universe, but exactly how these jets give off X-rays has remained a matter of debate. In B3 0727+409, it appears that the CMB is being boosted to X-ray wavelengths.

Scientists think that as the electrons in the jet fly from the black hole at close to the speed of light, they move through the sea of CMB radiation and collide with microwave photons. This boosts the energy of the photons up into the X-ray band to be detected by Chandra. If this is the case, it implies that the electrons in the B3 0727+409 jet must keep moving at nearly the speed of light for hundreds of thousands of light years.

The significance of this discovery is heightened because astronomers essentially stumbled across this jet while observing a galaxy cluster in the field. Historically, such distant jets have been discovered in radio waves first, and then followed up with X-ray observations to look for high-energy emission. If bright X-ray jets can exist with very faint or undetected radio counterparts, it means that there could be many more of them out there because astronomers haven't been systematically looking for them.

A paper describing these results was published in the 2016 January 1st issue of The Astrophysical Journal Letters and is available online. The authors are Aurora Simionescu (Institute of Space and Astronautical Science, Kanagawa, Japan), Lukasz Stawarz (Jagiellonian University, Kraków, Poland), Yuto Ichinohe (Institute of Space and Astronautical Science, Kanagawa, Japan), Teddy Cheung (Naval Research Laboratory, Washington, DC), Marek Jamrozy (Jagiellonian University, Kraków, Poland), Aneta Siemiginowska (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA), Kouichi Hagino (Institute of Space and Astronautical Science, Kanagawa, Japan), Poshak Gandhi (University of Southampton, Southampton, UK) and Norbert Werner (Stanford University, Stanford, CA).

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.

 

 

Fast Facts for B3 0727+409:
Credit	X-ray: NASA/CXC/ISAS/A.Simionescu et al, Optical: DSS
Release Date	February 16, 2016
Scale	Main image is 10 arcmin across (16 million light years); Inset image is 46 arcsec across (1.23 million light years)
Category	Quasars & Active Galaxies
Coordinates (J2000)	RA 07h 30m 48.00s | Dec +40° 51' 10.00"
Constellation	Lynx
Observation Date	15 Dec 2015
Observation Time	5 hours 33 min.
Obs. ID	17167
Instrument	ACIS
References	Simionescu, A. et al, 2015, ApJ, 816, 15; arXiv:1509.04822
Color Code	X-ray (Blue), Optical (Red, Green, Blue)

Distance Estimate

About 11.075 billion light years (z = 2.5)