2016. 5. 25. 21:13ㆍ3. 천문뉴스/ESA 허블
그림 1> 이 상상화는 초거대질량 블랙홀 형성의 씨앗이 될 가능성이 있는 천체의 모습을 그린 것이다.
이탈리아 연구팀이 허블우주망원경과 찬드라 X선 망원경, 스피처적외선우주망원경을 이용하여 초거대질량 블랙홀의 씨앗으로 추정되는 두 개의 천체를 발견했다.
천체물리학자들이 초거대질량의 블랙홀이 어떻게 생성되는지를 이해하는데 중요한 진전을 이뤄냈다.
허블우주망원경 및 두 개의 또다른 우주망원경을 이용한 이탈리아 연구팀이 우주의 거인으로 자라나게 될 최초의 씨앗에 대한 최상의 증거를 찾아낸 것이다.
수년동안 천문학자들은 초거대질량의 블랙홀이 빅뱅이후 얼마나 이른 시기에, 얼마나 빨리 생성될 수 있는지에 대한 논쟁을 계속해왔다.
이번에 이탈리아 연구팀이 초기 우주에서 두 개의 천체를 식별해 냈는데, 이 천체들이 바로 초거대질량의 블랙홀을 만들어낸 초기 단계의 천체일 것으로 생각되고 있다.
이 두 개의 천체는 지금까지 발견된 초거대질량 블랙홀의 씨앗 후보군 중에서 가장 가능성 있는 블랙홀의 모습을 보여주고 있다. [1]
연구팀은 찬드라 X선 망원경의 데이터와 허블우주망원경의 관측 데이터, 그리고 스피처 우주망원경의 관측 데이터를 이용하여 식별해낸 두 개의 천체에 대해 컴퓨터 모델링 및 새로운 분석 기법을 적용하였다.
이번에 새로 식별된 이 두 개의 블랙홀 씨앗 후보 천체는 빅뱅으로부터 10억 년도 채 안된 지점에서 발견되었으며 초기 질량은 태양 질량의 10만 배이다.
이번 논문의 주저자인 이탈리아 피사고등사범학교 파비오 파쿠치(Fabio Pacucci)는 이번 발견이 사실로 확정된다면 이 거대한 블랙홀들이 어떻게 탄생하게 되었는지를 설명할 수 있게 된다고 말했다.
이번 연구 결과는 빅뱅으로부터 10억년도 채 안된 시점에 왜 초거대질량의 블랙홀이 존재하는지를 설명하는데 도움을 줄 것으로 보인다.
초기 우주에서 초거대질량의 블랙홀 형성을 설명하는데는 두 가지 주요 이론이 존재한다.
첫번째 가설은 무거운 별의 붕괴로부터 생겨난 태양 질량의 10배에서 100배 수준의 질량을 가진 블랙홀이 거대한 블랙홀로 자라나는 씨앗이 된다고 본다.
이렇게 생겨난 블랙홀 씨앗은 또다른 블랙홀과의 충돌이나 다른 블랙홀 주위의 가스를 끌어들여 점점 몸집을 키워나가는 것으로 추측되고 있다.
그러나 이러한 과정을 통해 빅뱅이후 고작 10억년 내에 발견되는 초거대질량을 갖춘 블랙홀로 성장하려면 이 작은 블랙홀은 대단히 비정상적인 속도로 성장해야만 한다.
이번 발견은 이와는 다른 가설을 지지하고 있다.
이 가설은 엄청난 질량을 가진 가스구름이 붕괴하면서 태양질량의 10만배 수준에 해당하는 매우 무거운 블랙홀이 바로 만들어지는 것으로 추정하고 있다. [2]
이런 경우라면 블랙홀의 성장은 시작 단계를 건너뛰고 훨씬더 빠르게 진행될 수 있게 된다.
이번 논문의 공동저자인 피사고등사범학교 안드레아 페라라(Andrea Ferrara)의 설명은 다음과 같다.
"이처럼 거대한 블랙홀이 생성되는 과정에 대해서는 정말 많은 논쟁이 있습니다.
우리의 작업은 하나의 답에 집중하고 있죠.
즉, 초거대질량의 블랙홀은 작은 블랙홀에서 시작되어 빠른 비율로 성장해 간것이 아니라 애초에 거대한 블랙홀로 태어나서 일반적인 비율로 성장했다는 것입니다."
이번 논문의 공동저자인 이탈리아 국립천체물리연구소 안드레아 그라지안(Andrea Grazian)의 설명은 다음과 같다.
"블랙홀의 씨앗은 찾기가 정말 어렵고 그 성장 방향을 확정하기도 매우 어렵죠.
그러나 이번 연구는 지금까지 발견된 초거대질량 블랙홀의 씨앗 후보군으로는 최상의 예에 해당한다고 생각합니다."
사진 1> 이 사진은 이번에 발견된 두 개의 초거대질량 블랙홀 씨앗후보 천체 중 하나인 OBJ29323을 허블우주망원경을 통해 관측한 모습이다.
사진 2> 이 사진은 이번에 발견된 두 개의 초거대질량 블랙홀 씨앗후보 천체 중 하나인 OBJ29323을 찬드라우주망원경을 통해 관측한 모습이다.
X선 데이터에 나타난 속성들은 이탈리아 연구팀이 제작한 모델에서 예측된 데이터와 일치했다.
이 두 개 블랙홀 씨앗 후보 천체가 이론상 예견된 것에 딱 들어맞긴 하지만 그 성질을 제대로 밝혀내기 위해서는 추가 관측이 필요하다.
또한 두 개 가설을 확실하게 갈라내려면 더 많은 후보 천체들이 발견되어야 할 필요도 있다.
연구팀은 이 두 개 천체가 초거대질량블랙홀의 씨앗후보군으로서 예측되는 속성들을 더 가지고 있는지 여부를 검증하기 위해 X선 및 적외선 대역에서 추가 관측을 계획하고 있다.
NASA와 ESA, CSA가 협업하고 있는 제임스웹우주망원경 및 유로피언초거대망원경(the European Extremely Large Telescope)과 같은 차세대 관측장비들은 훨씬 더 멀리 떨어진, 훨씬 더 작은 블랙홀들을 관측함으로써 이 분야에 확실한 돌파구를 마련하게 될 것이다.
각주
[1] 초거대질량의 블랙홀은 태양질량의 백만 배에서 십억 배 수준의 질량을 가지고 있는 블랙홀을 말한다.
오늘날의 우주에서 초거대질량의 블랙홀은 미리내를 포함한 거의 대부분의 거대 은하 중심에서 발견할 수 있다.
미리내 중심의 초거대질량 블랙홀은 태양의 4백만 배 질량을 가지고 있다.
이번에 발견된 두 개 블랙홀 씨앗 후보 천체는 오늘날 볼 수 있는 두 개 초거대질량블랙홀의 조상일 수 있다.
[2] 초거대질량 블랙홀의 씨앗은 무거운 가스 구름의 붕괴로부터 생성되었다.
이 와중에 무거의 별의 생성이나 붕괴와 같은 중간 과정은 모두 생략된 것이다.
출처 : 유럽우주국(ESA) 허블 2016년 5월 24일 발표 뉴스
http://www.spacetelescope.org/news/heic1610/
참고 : 다양한 블랙홀에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346986
원문>
heic1610 — Science Release
Hubble finds clues to the birth of supermassive black holes
24 May 2016
Astrophysicists have taken a major step forward in understanding how supermassive black holes formed. Using data from Hubble and two other space telescopes, Italian researchers have found the best evidence yet for the seeds that ultimately grow into these cosmic giants.
For years astronomers have debated how the earliest generation of supermassive black holes formed very quickly, relatively speaking, after the Big Bang. Now, an Italian team has identified two objects in the early Universe that seem to be the origin of these early supermassive black holes. The two objects represent the most promising black hole seed candidates found so far [1].
The group used computer models and applied a new analysis method to data from the NASA Chandra X-ray Observatory, the NASA/ESA Hubble Space Telescope, and the NASA Spitzer Space Telescope to find and identify the two objects. Both of these newly discovered black hole seed candidates are seen less than a billion years after the Big Bang and have an initial mass of about 100 000 times the Sun.
“Our discovery, if confirmed, would explain how these monster black holes were born,” said Fabio Pacucci, lead author of the study, of Scuola Normale Superiore in Pisa, Italy.
This new result helps to explain why we see supermassive black holes less than one billion years after the Big Bang.
There are two main theories to explain the formation of supermassive black holes in the early Universe. one assumes that the seeds grow out of black holes with a mass about ten to a hundred times greater than our Sun, as expected for the collapse of a massive star. The black hole seeds then grew through mergers with other small black holes and by pulling in gas from their surroundings. However, they would have to grow at an unusually high rate to reach the mass of supermassive black holes already discovered in the billion years young Universe.
The new findings support another scenario where at least some very massive black hole seeds with 100 000 times the mass of the Sun formed directly when a massive cloud of gas collapses [2]. In this case the growth of the black holes would be jump started, and would proceed more quickly.
“There is a lot of controversy over which path these black holes take,” said co-author Andrea Ferrara also of Scuola Normale Superiore. “Our work suggests we are converging on one answer, where black holes start big and grow at the normal rate, rather than starting small and growing at a very fast rate.”
Andrea Grazian, a co-author from the National Institute for Astrophysics in Italy explains: “Black hole seeds are extremely hard to find and confirming their detection is very difficult. However, we think our research has uncovered the two best candidates so far.”
Even though both black hole seed candidates match the theoretical predictions, further observations are needed to confirm their true nature. To fully distinguish between the two formation theories, it will also be necessary to find more candidates.
The team plans to conduct follow-up observations in X-rays and in the infrared range to check whether the two objects have more of the properties expected for black hole seeds. Upcoming observatories, like the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope and the European Extremely Large Telescope will certainly mark a breakthrough in this field, by detecting even smaller and more distant black holes.
Notes
[1] Supermassive black holes contain millions or even billions of times the mass of the Sun. In the modern Universe they can be found in the centre of nearly all large galaxies, including the Milky Way. The supermassive black hole in the centre of the Milky Way has a mass of four million solar masses. The two black hole seed candidates would also be the progenitors of two of the modern supermassive black holes.
[2] Black hole seeds created through the collapse of a massive cloud of gas bypass any other intermediate phases such as the formation and subsequent destruction of a massive star.
More information
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.
The team of scientists in this study consists of Fabio Pacucci (Scuola Normale Superiore, Italy), Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Italy), Andrea Grazian (INAF, Italy), Fabrizio Fiore (INAF, Italy), Emanuele Giallongo (INAF, Italy), Simonetta Puccetti (ASDC-ASI, Italy)
Image credit: NASA, ESA, CXC
Links
Contacts
Fabio Pacucci
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Email: fabio.pacucci@sns.it
Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Email: andrea.ferrara@sns.it
Andrea Grazian
National Institute for Astrophysics
Rome, Italy
Email: grazian@oa-roma.inaf.it
Mathias Jäger
ESA/Hubble, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 176 62397500
Email: mjaeger@partner.eso.org
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