2020. 2. 5. 12:19ㆍ3. 천문뉴스/국립전파천문대(NRAO)
사진 1> ALMA를 통해 관측한 NGC 6240의 모습.
분자 가스는 파란색으로, 블랙홀은 붉은색 점으로 표시되어 있다.
이 사진은 충돌하는 은하의 블랙홀 주변을 감싸고 있는 분자가스를 촬영한 사진으로는 가장 높은 해상도를 자랑하는 사진이다.
사진 2> 이 사진은 ALMA를 통해 바라본 NGC 6240의 사진(오른쪽 위)과 허블우주망원경이 촬영한 NGC 6240의 사진(오른쪽 아래)을 합성한 사진(왼쪽)이다.
천문학자들로 구성된 국제연구팀이 아타카마 거대 밀리미터/서브밀리미터 배열(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하 ALMA)을 이용하여 충돌이 진행되고 있는 은하에서 가스에 둘러싸인 두 개 초거대질량 블랙홀의 모습을 가장 세밀한 사진으로 촬영해냈다.
땅꾼자리 방향으로 지구로부터 4억 광년 거리에 위치하는 이 두개 은하는 현재 충돌이 진행중이며 NGC 6240으로 등재된 하나의 은하로 합쳐지고 있는 중이다.
독특한 모양을 하고 있는 이 은하는 상대적으로 가까운 거리에 있다보니 이전에도 이미 여러 번 관측된 바 있다.
하지만 NGC 6240은 여전히 복잡하고 혼란스러운 은하이다.
두 개 은하의 충돌은 여전히 진행중이며 충돌이 진행됨에 따라 각 은하에 있던 초거대질량의 블랙홀 역시 몸집을 키우며 더 거대한 하나의 블랙홀로 합쳐지고 있는 것으로 추정되고 있다.
천문학자들은 NGC 6240에서 어떤 일이 일어나고 있는지를 알기 위해 블랙홀을 둘러싸고 있는 먼지와 가스를 보다 세밀하게 관측할 필요가 있었다.
하지만 지금까지 촬영된 사진들은 이러한 정보를 알아내기에는 충분치 못한 해상도를 가지고 있었다.
이번에 ALMA를 통한 관측은 해상도를 기존 대비 10배 향상 시킬 수 있었다.
이를 통해 이 은하 내에 존재하는 차가운 가스의 구조를 처음으로 식별할 수 있었는데 여기에는 블랙홀의 영향을 받는 영역 내에 있는 가스의 구조까지도 포함되어 있다.
칠레 산티아고 카톨릭대학(the Pontificia Universidad Catolica)의 에스겔 트라이스터(Ezequiel Treister)는 이 은하계를 이해하는데 핵심이 되는 것은 별을 만드는데 필요한 연료이면서 동시에 초거대질량 블랙홀이 몸집을 키우는데 필요한 먹이인 분자가스라고 말했다.
관측에 따르면 대부분의 가스들이 두 개 블랙홀 사이에 몰려 있었다.
이전에 관측된 덜 상세한 관측 결과들은 이 가스가 반드시 회전하는 원반의 형태일 것으로 추정했다.
트라이스터의 설명은 다음과 같다.
"하지만 우리는 이 가스들이 회전 원반을 형성하고 있다는 어떤 증거도 찾을 수 없었습니다.
우리가 본 것은 블랙홀 사이에서 가스들이 줄기와 거품의 형태로 아주 혼란스럽게 몰려 있는 모습이었습니다.
이 가스들 중 일부는 초속 500킬로미터의 속도로 뿜어져 나오고 있었죠.
왜 가스들이 이렇게 뿜어져 나오는지는 아직 아무도 알지 못합니다."
이 은하의 가스를 이번에 매우 상세하게 관측한 또다른 이유는 이것은 두 개 블랙홀의 질량을 측정하는데 도움을 주기 때문이다.
오하이오 톨레도대학(the University of Toledo)의 앤 메들링(Anne Medling)의 설명은 다음과 같다.
"블랙홀을 둘러싸고 있는 별들을 기반으로 한 이전의 모델들은 블랙홀의 질량이 예상보다 훨씬 더 무겁다는 결과를 보여주었습니다.
태양질량의 약 10억배 정도 되는 수준이었죠.
하지만 이번에 ALMA를 통해서 블랙홀의 영향권 내에 얼마나 많은 가스들이 몰려있는지를 포착할 수 있었습니다.
가스들의 질량이 상당하기 때문에 우리는 블랙홀 자체의 질량은 이전보다 훨씬 적은 것으로 측정하였습니다.
그 값은 태양질량의 수백만 배 정도죠.
이번 연구 결과를 바탕으로 우리는 충돌하는 은하 내에 있는 블랙홀의 이전 질량 측정치들이 50%에서 90%정도까지 줄어들 수 있을 거라 생각합니다. "
또한 이번 관측에서는 천문학자들이 예상했던 것보다 가스들이 블랙홀에 아주 가까이까지 분포하고 있음을 밝혀냈다.
메들링은 이 가스들이 매우 극단적인 환경에 자리잡고 있다면서 이 가스들은 결국 블랙홀로 추락하거나 어마어마한 속도로 내처지게 될 것이라고 설명했다.
최근 이 은하 내에 세 번째 블랙홀이 있다는 주장이 제기되기도 했지만 연구팀은 세 번째 블랙홀에 대한 증거는 찾지 못했다.
트라이스터의 설명은 다음과 같다.
"우리는 기존에 제기된 세 번째 핵과 관련된 분자가스를 찾을 수는 없었습니다.
아마도 그 때 발견된 것이 블랙홀이 아닌 특정지역에 몰려 있는 별무리일 수도 있다고 생각합니다.
물론 좀더 확실하게 말하려면 더 많은 연구가 필요하다고 생각합니다."
상호작용이 발생하고 있는 은하에서 초거대질량의 블랙홀과 가스의 역할을 규명하는데는 ALMA가 제공하는 고감도 및 고해상도 관측 능력은 필수요소라 할 수 있다.
미국 국립전파천문대 로레토 바르코스-무뇨츠(Loreto Barcos-Munoz)의 소감은 다음과 같다.
"이 은하는 너무나 복잡해서 전파로 촬영한 상세한 사진 없이는 안에서 어떤 일이 벌어지고 있는지 알 수가 없습니다.
하지만 지금 우리는 이 은하의 3차원 구조에 대해 과거보다 훨씬 나은 생각을 가지고 있죠.
구조에 대한 이해는 은하들이 충돌의 최종 단계를 겪는동안 어떻게 진화하는지를 이해할 수 있는 기회를 제공해 줍니다.
고작 수 백만 년이 지나면 이 은하의 모습은 완전히 다르게 보일 것입니다."
이번 연구 결과는 제 235차 전미천문학회에서 발표되었으며 발표된 논문은 다음과 같다.
"가장 높은 분해능으로 관측한 충돌하는 은하계 NGC 6240의 분자 가스(The Molecular Gas in the NGC 6240 Merging Galaxy System at the Highest Spatial Resolution)", E.트라이스터와 동료들.
이 논문은 아스트로피지컬 저널에 개재가 수락되었다.
"활성은하핵에 어떻게 연료가 주입되는가 : ALMA를 이용하여 NGC 6240에서 활성은하핵 주변의 가스분포를 규명하다.(How to Fuel an AGN: Mapping Circumnuclear Gas in NGC 6240 with ALMA)" A. M. 메들링과 동료들.
이 논문은 아스트로피지컬 저널 레터스에 개재되었다. (주소 : https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab4db7 )
표 1> 이 별지도는 땅군자리에서 NGC 6240의 위치를 보여주고 있다.
NGC 6240은 지구로부터 4억 광년 거리에 위치하고 있다.
출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release 2020년 1월 5일자
참고 : NGC 6240을 비롯한 은하 및 은하단에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
- 은하 일반 : https://big-crunch.tistory.com/12346976
- 은하단 및 은하그룹 : https://big-crunch.tistory.com/12346978
- 은하 충돌 : https://big-crunch.tistory.com/12346977
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