적예(笛睿)
【정견뉴스】
천문학자들은 항성 질량 블랙홀은 일반적으로 별이 초신성 폭발을 겪은 후 붕괴할 때 형성된다고 믿어왔다. 그러나 최초의 삼중 블랙홀 체계인 V404 Cygni의 발견으로 이러한 믿음이 뒤집혔다.
이 블랙홀은 아주 가까운 별(6.5일마다 공전)과 태양에서 명왕성까지 거리의 100배에 달하는 아주 먼 별에 둘러싸여 있습니다.
이번 연구에 따르면 이 블랙홀의 형성을 탐구하기 위해 수천 번의 시뮬레이션을 수행한 결과, 초신성 폭발 없이 블랙홀이 형성되는 “직접 붕괴(direct collapse)”가 가장 가능성이 높은 시나리오로 밝혀졌다.
Cygnus V404는 그리 유명한 이름은 아니지만 이미 약 1,300편의 과학 논문에서 다뤄졌으며 그 수가 계속 증가하고 있습니다. 그 이유는 이 소형 퀘이사가 1992년에 최초로 확인된 블랙홀을 포함하고 있기 때문이다. 그 이후로 블랙홀은 집중적인 연구의 대상이 되어 왔다. 지구에서 약 8,000광년 떨어진 곳에 위치한 처녀자리 V404는 30년간의 집중적인 연구에도 불구하고 여전히 천문학자들에게 많은 놀라움을 안겨주고 있다.
삼체 블랙홀 시스템의 발견
매사추세츠 공과대학과 캘리포니아 공과대학의 과학자들은 최근 이 블랙홀이 가장 일반적인 시나리오인 하나의 별이 블랙홀 궤도를 도는 이원계(二元系) 블랙홀이 아님을 발견했다. 즉 Cygnus V404는 실제로 3체 블랙홀 시스템의 일부이며, 이는 두 개의 항성이 항성 질량 블랙홀 궤도를 돌고 있다는 것을 의미한다. 연구팀은 망원경으로 관측한 수많은 자료를 모아놓은 알라딘 라이트(Aladin Lite) 저장소를 분석하고 유럽우주국(ESA)의 가이아 위성에서 수집한 항성 운동 데이터를 참조하여 초기 결론을 확인했다.
연구 결과에 따르면, 백조자리 V404에는 실제로 블랙홀에 매우 가까운 궤도를 도는 기존에 알려진 별과 태양과 명왕성 거리의 100배에 달하는 7만 AU 궤도를 도는 새로 발견된 별, 두 개의 별이 존재한다. 이 연구 결과는 지난 10월 23일 ‘네이처’에 게재되었다.
이 연구의 수석 저자인 매사추세츠 공과대학의 케빈 버지는 보도자료에서 “이 시스템은 블랙홀 진화 연구에 매우 흥미진진하며, 유사한 삼체 시스템이 더 있는지 여부에 대한 의문을 제기합니다.”라고 말했다. “우리는 대부분의 블랙홀이 별의 격렬한 폭발로 형성된다고 생각했지만 새로운 발견은 이런 이론에 의문을 제기합니다.”
초신성 폭발이 아닌 직접 붕괴
블랙홀은 “사건의 지평선” 내에서 물리학이 실패하는 것으로 알려져 있기 때문에 연구가 까다롭기로 악명이 높지만 천문학자들은 적어도 이론적으로는 우리 태양보다 훨씬 큰 별이 초신성 폭발 후 붕괴할 때 항성 질량 블랙홀이 형성된다는 이론을 세웠다. 초신성 폭발은 중력 가장자리에 있는 물체가 중력 제약에서 벗어날 수 있게 만드는 ‘나탈 킥(natal kick)’을 일으킨다. 하지만 처녀자리 V404 주변에 또 하나의 별이 존재한다는 것은 이 가정을 뒤엎는 것이다.
버지는 보도자료에서 “연을 당기는데 튼튼한 줄 대신 거미줄을 사용한다고 상상해 보세요.”라고 말했다. “너무 세게 당기면 실이 끊어지고 연을 잃게 됩니다. 중력은 결합력이 거의 없는 거미줄과 같아서 내부 쌍성(雙星) 시스템을 급격하게 변경하면 외부의 별을 잃게 됩니다.”라고 설명했다.
버지는 처녀자리 V404가 어떻게 형성되었는지 이해하기 위해 블랙홀 주위를 도는 먼 별들을 보존할 수 있는 시나리오를 찾기 위해 일련의 시뮬레이션을 진행했다. 수천 번의 시뮬레이션 끝에 일부는 초신성을 포함했고, 다른 일부는 별이 본질적으로 폭발적인 초신성 단계를 건너뛰는 “직접 붕괴”라는 개념을 모델링했다. 현재 처녀자리 V404의 상태를 설명하는 가장 간단한 방법은 “직접 붕괴”다.
이 외부 별은 또한 천문학자들에게 그것이 궤도를 도는 블랙홀에 대한 더 많은 정보를 제공한다. 이 별은 현재 적색거성 단계로 전환하고 있기 때문에 연구자들은 삼체 블랙홀 시스템의 나이를 약 40억 년으로 추정한다. 버지는 향후 연구를 통해이 매혹적인 삼체 시스템, 특히 외부 별의 궤도 모양에 대해 더 많이 알게 되기를 희망한다고 Space.com에 말했다.
그는 먼 별의 미세한 움직임을 추적하도록 설계된 유럽우주국 초대형 망원경의 GRAVITY 장비가 이 특정 블랙홀 시스템에 대한 연구에 더 많은 단서를 제공할 수 있기를 희망했다.
（에포크타임스에서 전재）
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/293459