2017. 3. 1. 08:45ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
그림1> 이 그림은 약 1억개의 태양과 맞먹는 질량을 가지고 빠르게 회전하고 있는 초거대질량의 블랙홀에 태양과 비슷한 별이 가까이 다가가고 있는 장면을 묘사한 상상화이다.
블랙홀의 엄청난 질량이 별로부터 나오는 빛과 자신의 뒤쪽에 있는 가스를 구부리고 있다.
블랙홀은 별보다 훨씬 무거운 질량을 가지고 있는 천체임에도 불구하고 초거대질량의 블랙홀이 갖는 사건의 지평선의 폭은 별의 크기의 200배 정도에 지나지 않는다.
빠른 자전으로 인해 블랙홀의 형태는 편구형태를 띠게 된다.
블랙홀의 중력은 별을 조석붕괴 작용으로 산산히 부숴버린다.
이 와중에 별은 스파게티 면발처럼 산산히 파괴되고 잔해들의 충돌와중에서 발생하는 충격파와 강착와중에 발생하는 열로 인해 빛을 폭발적으로 뿜어내게 된다.
그림2> 이 상상화는 강착원반을 두르고 빠르게 회전하고 있는 초거대질량의 블랙홀을 묘사한 것이다.
이 얇은 원반은 파괴된 별에서 남겨진 물질들로 구성되어 있다.
충돌하는 파편에서 나오는 충격파와 강착과정에서 유발되는 열기가 빛을 뿜어내게 만드는데 이 과정은 초신성 폭발과 유사하다.
ASASSN-15lh로 명명된, 머나먼 은하에서 목격된 엄청나게 밝은 빛은 지금까지 관측된 모든 초신성 현상 중 가장 밝은 초신성 현상인 것으로 추정되었다.
그러나 이것이 정말 초신성 현상에 의한 것이라면 ESO를 포함하여 여러 천문대가 참여하여 도출한 새로운 관측 자료는 초신성의 분류 체계에 심각한 도전을 던지게 된다.
따라서 몇몇 천문학자들은 ASASSN-15lh가 매우 희귀한 사건에 의해 발생한 것이라고 생각하고 있다.
좀더 구체적으로 이 사건은 빠르게 회전하는 블랙홀이 가까이 다가온 별을 산산히 조각내면서 발생한 사건이라는 것이다.
2015년, 온하늘 초신성 자동탐사(the All Sky Automated Survey for Supernovae, 이하 ASASSN)에서 하나의 사건을 탐지해냈고, 이 현상은 ASASSN-15lh라는 이름으로 명명되었다.
이 사건은 지금까지 기록된 초신성 현상 중 가장 밝은 초신성 현상으로 기록되었고 극단적인 질량을 가지고 있는 별이 삶의 마지막 단계에서 폭발을 일으키며 가장 밝은 빛을 뿜어낸 초신성으로 분류되기까지 했다.
그 밝기는 지금까지 기록된 가장 밝은 초신성보다 2배 이상 밝았으며 최고 밝기에서 그 빛의 총량은 미리내 전체가 뿜어내는 빛의 20배에 육박했다.
이스라엘 와이즈맨 과학연구소( the Weizmann Institute of Science) 및 덴마크 암흑우주론센터(the Dark Cosmology Centre) 소속의 기오르고스 레루다스(Giorgos Leloudas)가 이끄는 국제 연구팀은 이번 폭발이 발생한, 지구로부터 약 40억 광년 거리에 있는 이 머나먼 은하에 대한 추가 연구를 수행하고 있다.
레루다스의 설명은 다음과 같다.
"우리는 처음 이 현상이 감지되고 나서 10개월 동안 이 현상의 원인에 대한 관측을 진행했습니다.
그리고 이 현상이 단순히 극단의 밝기를 가진 초신성 현상은 아닌 것 같다는 결론을 내렸죠.
우리의 연구결과는 이 사건이 매우 빠르게 도는 초거대질량의 블랙홀이 적은 질량을 가진 별을 산산조각내면서 발생한 것이라는 점을 시사하고 있습니다."
이 시나리오에 의하면 은하의 한복판에 자리잡고 극단의 중력을 행사하는 초거대질량의 블랙홀이 지나치게 가까이 접근한 우리 태양과 같은 별을
이른바 조성붕괴(tidal disruption event)라 불리는 현상으로 파괴해 버린 것이라고 얘기하고 있다.
이러한 현상은 대개 너무나 멀리서 일어나기 때문에 지금까지 관측 된 것은 대략 10여차례에 지나지 않는다.
이 와중에 파괴된 별은 마치 스파게티처럼 산산조각이 났으며 잔해들의 충돌와중에서 발생하는 충격파와 강착와중에 발생하는 열로 인해 빛을 폭발적으로 뿜어내게 된다.
파괴된 별이 초신성이 될만큼 충분한 질량을 가지고 있지 않음에도 이러한 과정을 통해 마치 매우 밝은 초신성이 폭발한 것과 같은 현상으로 나타난 것이다.
연구팀은 우주와 지상에서 선별된 망원경들을 통해 수집한 관측 자료를 기반으로 이러한 결론을 도출했다.
여기에 동원된 망원경들 중에는 ESO 파라날 천문대의 초거대망원경(the Very Large Telescope)과 라실라 천문대의 신기술망원경(the New Technology Telescope, 이하 NTT), 허블우주망원경이 포함되어 있다. [1]
NTT를 이용한 관측은 다른 천체의 전면을 통과하는 천체에 대한 ESO 대중 분광 관측 프로그램(the Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects, PESSTO)의 일환으로 진행되었다.
이번 논문의 공동저자인 영국 캠브리지대학 모건 프레이저(Morgan Fraser)는 각각의 독립적인 측면에 집중한 여러 관측결과에 따르면 이번 현상은 극도의 밝기를 가진 초신성 현상이 아니라 중력파괴에 의한 것임을 알려주고 있다고 말했다.
특히 이번 사건은 관측 데이터를 통해 처음 관측 후 10개월 간 서로 명백히 구분되는 3번의 단계로 발생했음을 알 수 있었다.
수집된 데이터들은 전반적으로 극강의 밝기를 지닌 초신성 현상보다는 중력파괴 현상에서 기대되는 현상과 더 많은 유사점들을 보여주고 있다.
자외선에서 다시 밝아지는 현상이 관측된 것과 온도의 상승 양상은 이 현상이 초신성에 의한 현상일 가능성을 줄여주었다.
게다가 이번 현상이 관측된 은하는 비활성 상태의 붉고 무거운 은하로서 새로운 별들을 만들어내고 있는 푸른빛의 난쟁이 은하와는 달리 이처럼 엄청나게 밝은 초신성 폭발이 일상적으로 발생할 수 없는 은하이다.
비록 연구팀은 초신성 현상일 가능성은 낮다고 말했지만 이 현상이 전형적인 조석붕괴 현상과도 맞지 않는 점이 있다는 지적도 존재한다.
연구팀의 일원인 컬럼비아 대학교 니콜라스 스톤(Nicholas Stone)의 설명은 다음과 같다.
"저희가 제시한 조석붕괴현상은 회전하지 않는 초거대질량의 블랙홀을 고려하면 설명이 성립되지 않습니다.
따라서 지금 저희는 매우 특이한 종류의 블랙홀에서 이번 사건이 발생했을 것이라는 가능성에 대해 토론하고 있습니다."
이 은하의 질량을 고려해봤을 때 그 중심에 자리잡고 있는 초거대질량의 블랙홀은 태양질량의 최소 1억배에 해당하는 질량을 가지고 있을 것으로 추정된다.
이정도 질량을 가진 블랙홀이라면 중력으로 인해 일체의 물질이 탈출하지 못하는 한계선인 사건의 지평선 너머에 있는 별을 파괴시키지 못할 것이다.
그러나 만약 이 블랙홀이 커 블랙홀(Kerr black hole)이라 불리는 매우 빨리 회전하는 특별한 종류의 블랙홀이라면 상황이 달라져 사건의 지평선이라는 한계선은 더 이상 적용되지 않는다.
레루다스의 설명은 다음과 같다.
"수집된 모든 데이터에도 불구하고 우리는 ASASSN-15lh 가 조석붕괴에 의해 발생한 것이라고 말할 수만은 없습니다.
그러나 아직까지는 가장 가능성 있는 설명이기는 합니다."
각주
[1] 이상의 망원경 외에도 연구팀이 사용한 망원경은 다음과 같다.
NASA의 스위프트 망원경, 라스 쿰브레스 천문대 글로벌 망원경(the Las Cumbres Observatory Global Telescope, LCOGT), 호주 콤팩트배열망원경, ESA의 XMM-Newton, 광대역 분광기(the Wide-Field Spectrograph, WiFeS) 및 마젤란 망원경이 그것이다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release 2016년 12월 12일자
http://www.eso.org/public/news/eso1644/
참고 : 다양한 초신성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346989
원문>
eso1644 — Science Release
Spinning Black Hole Swallowing Star Explains Superluminous Event
ESO telescopes help reinterpret brilliant explosion
12 December 2016
An extraordinarily brilliant point of light seen in a distant galaxy, and dubbed ASASSN-15lh, was thought to be the brightest supernova ever seen. But new observations from several observatories, including ESO, have now cast doubt on this classification. Instead, a group of astronomers propose that the source was an even more extreme and very rare event — a rapidly spinning black hole ripping apart a passing star that came too close.
In 2015, the All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) detected an event, named ASASSN-15lh, that was recorded as the brightest supernova ever — and categorised as a superluminous supernova, the explosion of an extremely massive star at the end of its life. It was twice as bright as the previous record holder, and at its peak was 20 times brighter than the total light output of the entire Milky Way.
An international team, led by Giorgos Leloudas at the Weizmann Institute of Science, Israel, and the Dark Cosmology Centre, Denmark, has now made additional observations of the distant galaxy, about 4 billion light-years from Earth, where the explosion took place and they have proposed a new explanation for this extraordinary event.
“We observed the source for 10 months following the event and have concluded that the explanation is unlikely to lie with an extraordinarily bright supernova. Our results indicate that the event was probably caused by a rapidly spinning supermassive black hole as it destroyed a low-mass star,” explains Leloudas.
In this scenario, the extreme gravitational forces of a supermassive black hole, located in the centre of the host galaxy, ripped apart a Sun-like star that wandered too close — a so-called tidal disruption event, something so far only observed about 10 times. In the process, the star was “spaghettified” and shocks in the colliding debris as well as heat generated in accretion led to a burst of light. This gave the event the appearance of a very bright supernova explosion, even though the star would not have become a supernova on its own as it did not have enough mass.
The team based their new conclusions on observations from a selection of telescopes, both on the ground and in space. Among them was the Very Large Telescope at ESO’s Paranal Observatory, the New Technology Telescope at ESO’s La Silla Observatory and the NASA/ESA Hubble Space Telescope [1]. The observations with the NTT were made as part of the Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects (PESSTO).
“There are several independent aspects to the observations that suggest that this event was indeed a tidal disruption and not a superluminous supernova,” explains coauthor Morgan Fraser from the University of Cambridge, UK (now at University College Dublin, Ireland).
In particular, the data revealed that the event went through three distinct phases over the 10 months of follow-up observations. These data overall more closely resemble what is expected for a tidal disruption than a superluminous supernova. An observed re-brightening in ultraviolet light as well as a temperature increase further reduce the likelihood of a supernova event. Furthermore, the location of the event — a red, massive and passive galaxy — is not the usual home for a superluminous supernova explosion, which normally occur in blue, star-forming dwarf galaxies.
Although the team say a supernova source is therefore very unlikely, they accept that a classical tidal disruption event would not be an adequate explanation for the event either. Team member Nicholas Stone from Columbia University, USA, elaborates: “The tidal disruption event we propose cannot be explained with a non-spinning supermassive black hole. We argue that ASASSN-15lh was a tidal disruption event arising from a very particular kind of black hole.”
The mass of the host galaxy implies that the supermassive black hole at its centre has a mass of at least 100 million times that of the Sun. A black hole of this mass would normally be unable to disrupt stars outside of its event horizon — the boundary within which nothing is able to escape its gravitational pull. However, if the black hole is a particular kind that happens to be rapidly spinning — a so-called Kerr black hole — the situation changes and this limit no longer applies.
“Even with all the collected data we cannot say with 100% certainty that the ASASSN-15lh event was a tidal disruption event,” concludes Leloudas. “But it is by far the most likely explanation.”
Notes
[1] As well as the data from ESO’s Very Large Telescope, the New Technology Telescope and the NASA/ESA Hubble Space Telescope the team used observations from NASA’s Swift telescope, the Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT), the Australia Telescope Compact Array, ESA’s XMM-Newton, the Wide-Field Spectrograph (WiFeS) and the Magellan Telescope.
More information
This research was presented in a paper entitled “The Superluminous Transient ASASSN-15lh as a Tidal Disruption Event from a Kerr Black Hole”, by G. Leloudas et al. to appear in the new Nature Astronomy magazine.
The team is composed of G. Leloudas (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark), M. Fraser (University of Cambridge, Cambridge, UK), N. C. Stone (Columbia University, New York, USA), S. van Velzen (The Johns Hopkins University, Baltimore, USA), P. G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, the Netherlands; Radboud University Nijmegen, Nijmegen, the Netherlands), I. Arcavi (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California, Santa Barbara, USA), C. Fremling (Stockholm University, Stockholm, Sweden), J. R. Maund (University of Sheffield, Sheffield, UK), S. J. Smartt (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), T. Krühler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Germany), J. C. A. Miller-Jones (ICRAR - Curtin University, Perth, Australia), P. M. Vreeswijk (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Gal-Yam (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), P. A. Mazzali (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching b. München, Germany), A. De Cia (European Southern Observatory, Garching b. München, Germany), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), C. Inserra (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), F. Patat (European Southern Observatory, Garching b. München, Germany), A. de Ugarte Postigo (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada, Spain; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark), O. Yaron (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), C. Ashall (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK), I. Bar (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), H. Campbell (University of Cambridge, Cambridge, UK; University of Surrey, Guildford, UK), T.-W. Chen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Germany), M. Childress (University of Southampton, Southampton, UK), N. Elias-Rosa (Osservatoria Astronomico di Padova, Padova, Italy), J. Harmanen (University of Turku, Piikkiö, Finland), G. Hosseinzadeh (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), J. Johansson (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), T. Kangas (University of Turku, Piikkiö, Finland), E. Kankare (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), S. Kim (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), H. Kuncarayakti (Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile; Universidad de Chile, Santiago, Chile), J. Lyman (University of Warwick, Coventry, UK), M. R. Magee (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), K. Maguire (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), D. Malesani (University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark; DTU Space, Denmark), S. Mattila (Tuorla Observatory & Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), University of Turku, Piikkiö, Finland; University of Cambridge, Cambridge, UK), C. V. McCully (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), M. Nicholl (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), S. Prentice (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK), C. Romero-Cañizales (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), S. Schulze (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), K. W. Smith (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), J. Sollerman (Stockholm University, Stockholm, Sweden), M. Sullivan (University of Southampton, Southampton, UK), B. E. Tucker (Australian National University, Canberra, Australia; ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Australia), S. Valenti (University of California, Davis, USA), J. C. Wheeler (University of Texas at Austin, Austin, USA), and D. R. Young (Queen’s University Belfast, Belfast, UK).
ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.
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