HR 6819에 블랙홀은 없다.

 

Credit: ESO/L. Calçada

그림설명>

ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)와 초거대망원경간섭계(Very Large Telescope Interferometer, 이하 VLTI)를 이용한 관측결과 예전에는 블랙홀을 포함한 삼중천체계로 생각된 HR 6819가 블랙홀은 없는 이중별계라는 사실이 밝혀졌다. 

뢰번 가톨릭 대학교(KU Leuven)와 ESO연구팀의 과학자들은 이 이중별계를 구성하는 두 개 별 중 하나가 자신의 대기를 짝꿍별에게 모두 빼앗기는 이른바 "뱀파이어별"현상을 겪은 이후 짧은 순간 나타나는 단계에 관측된 것으로 추정하고 있다. 

이 그림은 이 이중별계가 실제 어떻게 보일지를 상상해 본 것이다. 

이 이중별계는 원반을 두른 편구형 별(그림에서 앞에 보이는 별이며, 이 별이 뱀파이어별이다)과 자신의 대기를 모두 빼앗긴 분광유형 B유형의 별(배경으로 보이는 별)로 구성되어 있다.

ESO의 연구팀이 2020년 지구에서 가장 가까운 거리에 있는 블랙홀의 발견을 보고한 바 있다. 이 블랙홀은 HR 6819라는 삼중천체계에 있었으며 그 거리는 1,000 광년 밖에 되지 않았었다. 이후 이들의 연구 결과는 벨기에 뢰번 가톨릭 대학교를 기반으로 한 국제 연구팀을 포함하여 여러 과학자들의 검증을 받았다. 2022년 3월 2일 발표된 논문에 따르면 HR 6819에서 블랙홀이 존재하지 않는다는 사실에 의견을 일치를 보았다고 한다. 또한 이들은 HR 6819가 이중별계이며 별의 진화단계에서 매우 짧은 기간에 해당하는 희귀한 단계에 발견되었다는데 의견의 일치를 보았다. 

(블로그 쥔장 주 : HR 6819에서 블랙홀이 발견되었고, 이 블랙홀은 지구에서 1,000 광년 밖에 떨어져 있지 않은 가장 가까운 블랙홀이라는 내용은 2020년 5월 6일 아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)를 통해 발표되었습니다. 해당 뉴스는 우리 블로그에서도 다룬 바 있으며 그 내용은 다음의 링크에서 확인할 수 있습니다.  

https://big-crunch.tistory.com/12349931)
         
HR 6819에 블랙홀이 있는것 같다는 연구는 당시 언론과 학계 모두의 주목을 받았다. 
당시 논문의 주저자이자 ESO의 천문학자인 토마스 리비니우스(Thomas Rivinius)는 이 블랙홀의 발견에 대한 천문학회의 환영에 놀라지는 않았다고 말했다. 
"이번 일은 일상적인 일이고, 연구 결과는 면밀한 추가 조사가 반드시 필요합니다.

연구 결과는 헤드라인 장식 이상이기도 하죠."

리비니우스와 동료 연구자들은 MPG/ESO 2.2-미터 망원경으로 얻은 데이터를 설명하기 위해서는 HR 6819가 블랙홀과 40일을 주기로 상호공전하는 하나의 별 및 이보다 훨씬 더 폭넓은 공전 궤도를 갖는 두 번째 별로 구성된 삼중천체계여야 한다고 확신했었다. 

하지만 뢰번 가톨릭 대학교에서 박사과정을 밟고 있는 율리아 보덴스타이너(Julia Bodensteiner)가 이끈 연구에서는 
동일 데이터에 대한 다른 설명이 제시되었다.  

 

그것은 HR 6819에 블랙홀은 없으며 다만 40일 주기의 상호공전궤도 도는 두 개 별로만 구성되어 있다는 것이었다. 
원래의 시나리오와는 완전히 다른 이 시나리오가 성립하려면 두 별 중 하나는 질량을 잃기 시작하는 단계에 있어야 한다. 이것이 의미하는 것은 이 별이 이보다 이른 시기에 이미 상당한 질량을 상대 별에게 빼앗긴 상태라는 것이다. 

 

2022년 3월 2일아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)에 개재된 논문의 주저자인 뢰번 가톨릭 대학교의 연구원 아비가일 프로스트(Abigail Frost)는 시나리오를 규명하는데 이미 수집된 데이터만으로는 충분하지 않았으며 그래서 다른 관측 전략을 사용해야 했다고 말했다. 

 

문제를 해결하기 위해 두 개 연구팀은 ESO의 VLT와 VLTI를 이용하여 HR 6819에 대한 보다 고해상도 데이터를 수집했다. 
HR 6819에 대한 최초 논문과 이번에 발표된 새로운 논문에 모두 참여한 디트리히 바데( Dietrich Baade)는 두 가지 가설을 구분하는데 필요한 결정적 데이터를 줄 수 있는 관측설비는 VLTI가 유일했다고 말했다. 

두 연구팀은 동일한 관측을 두 번 요구할 수는 없었기 때문에 힘을 합쳐야 했고, 이를 통해 HR 6819의 진정한 본성을 찾아내기 위한 그들의 자원과 지식을 하나로 모을 수 있었다. 

 

리비니우스의 설명은 다음과 같다. 
"우리가 찾은 시나리오들은 상당히 명확했고, 매우 달랐으며, 적절한 장비로 쉽게 구분할 수 있었습니다.  

우리는 이 천체계에 빛을 내는 천체는 두 개가 있다는 것에 동의했습니다.

그다음 문제가 되는 것은 이 두 개 천체가 질량을 빼앗기고 있는 별 시나리오처럼 서로 가까운 거리로 상호공전하고 있는지, 아니면 블랙홀 시나리오처럼 서로 먼거리로 떨어져 공전하고 있는지였습니다." 

두 개 가설을 구분하기 위해 천문학자들은 VLTI의 GRAVITY장비와 VLT에 장착된 광시야분광관측기(the Multi Unit Spectroscopic Explorer, 이하 MUSE)를 사용하였다. 

프로스트의 설명은 다음과 같다. 
"MUSE를 이용하여 좀더 폭넓은 공전궤도를 도는 천체는 없는 것으로 결론내렸습니다.

반면 GRAVITY를 통해 얻은 고해상도 데이터는 두 개의 밝은 천체가 태양과 지구 거리의 3분의 1정도 거리로 떨어져 있다는 사실을 알려주었죠.

이 데이터는 퍼즐의 마지막 조각이 되어 주었습니다.

우리는 마침내 HR 6819이 블랙홀은 없는 이중별계라는 결론을 내릴 수 있었습니다." 

보덴스타이너의 설명은 다음과 같다.
"현재까지 우리가 찾아낸 최상의 설명은 이 천체계가 이중별계이며 그 중 한 별이 자기의 짝꿍별에게 대기를 모두 빼앗겨 버린 바로 이후 단계에 해당하는 상황이라는 것입니다.

하나의 별이 다른 별의 대기를 모두 빼앗아버리는 현상은 서로 가까운 거리로 바짝 붙어 있는 이중별계에서는 대단히 흔한 현상입니다.

그래서 언론에는 '뱀파이어 별'로 언급되기도 하죠.

이 와중에 대기를 모두 빼앗겨버린 별은 별을 구성하고 있는 물질이 벗겨져 나가기도 합니다. 

그 물질을 받아낸 별은 자전 속도가 점점 빨라지기 시작하죠." 
 
프로스트의 추가 설명은 다음과 같다. 
"이러한 상호작용의 후기 단계를 포착하는 것은 매우 어렵습니다.

왜냐하면 이 단계가 매우 짧은 기간에 이루어지기 때문이죠.

바로 이것이 HR 6819의 발견을 매우 흥미롭게 만들었습니다.

즉 HR6819는 이중별계에서 발생하는 뱀파이어 현상이 거대질량의 별들이 진화하는데 어떠한 영향을 미치는지를 연구할 수 있는 최적의 대상임과 동시에 중력파와 파괴적인 초신성폭발을 비롯한 이와 연관된 현상들에 대한 정보도 제공해 줄 수 있는 천체인 것입니다." 
 
뢰번 가톨릭 대학교의 연구팀이 합세하면서 새로 만들어진 연구팀은 VLTI의 GRAVITY를 이용하여 HR 6819를 보다 면밀하게 관측할 계획을 세우고 있다. 
연구팀은 이 이중별계에 대한 공동 연구를 진행하면서 이 이중별계의 진화를 더 잘 이해하고, 그 속성을 제약하며 해당 지식을 사용하여 다른 이중별계에 대해 더 많은 것을 알게 될 것이다. 

블랙홀 연구에 관하여 연구팀은 여전히 긍정적이다. 
리비니우스는 별정도의 질량을 가진 블랙홀은 그 속성 때문에 포착하기가 여전히 어렵다고 말했다. 
하지만 바데는 규모 추산치에 입각하면 우리 은하 미리내에만 수천만 개에서 수 억 개의 블랙홀이 있다고 말했다. 
그렇다면 블랙홀을 찾아내는 것은 천문학자들에게는 다만 시간의 문제일 뿐이다. 

 

Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

사진설명 : 이 사진은 HR 6819를 포함하는 망원경자리의 하늘을 담고 있는 광대역사진으로  디지털촬영을 이용한 온하늘탐사2 (the Digitized Sky Survey 2, DSS2)의 일환으로 만들어졌다. 

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

표 설명 : 이 별지도는 망원경자리에 있는 HR 6819의 위치를 표시한 것이다.  

별지도 상의 대부분의 별들은 관측 조건이 좋은 밤하늘에서는 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다.  

HR 6819는 붉은 색 원으로 표시되어 있다.  

HR 6819를 구성하는 두 개 별은 모두 맑고 검은 밤하늘에서라면 망원경 없이 볼 수 있다.

 

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2022년 3월 2일자