우주 메커니즘은 블랙홀 공급 패턴으로 해독됩니다.

이전에는 포착하기 어렵고 보이지 않았던 블랙홀은 별이 격렬하게 파괴되어 광대한 거리에서 관찰할 수 있는 빛나는 플레어를 생성하는 조석 교란 현상(TDE)을 관찰함으로써 감지되었습니다.

광원이 극적으로 어두워지면서 그 위치가 지구에서 약 8억 6천만 광년 떨어져 있음이 확인되었습니다. 정확성 시라큐스 대학의 천체물리학자 팀이 개발한 세부 모델에서 매사추세츠 공과대학그리고 우주망원경과학연구소.

TDE를 통한 블랙홀 이해

강력한 망원경(예: NASA허블, 제임스 웹, 찬드라 X선 관측소는 과학자들에게 블랙홀의 물리학을 탐구할 수 있는 깊은 우주로의 창을 제공합니다. 블랙홀을 어떻게 “볼” 수 있는지 궁금할 수도 있지만, 블랙홀모든 빛을 흡수하는 별은 초거대 블랙홀에 의해 별이 파괴되고 “빛나는 강착 플레어”를 촉진할 수 있는 조수 붕괴 사건(TDE)에 의해 가능해집니다. 태양보다 수천억 배 더 밝은 광도를 지닌 강착 현상을 통해 천체물리학자들은 우주 거리에 있는 초대질량 블랙홀(SMBH)을 연구할 수 있습니다.

TDE는 블랙홀의 거대한 중력장에 의해 별이 격렬하게 찢어질 때 발생합니다. 별이 파열됨에 따라 그 잔해는 블랙홀로 떨어지는 잔해의 흐름으로 변하여 블랙홀 주위를 도는 매우 뜨겁고 밝은 물질 원반(강착 원반)을 형성합니다. 과학자들은 이 현상을 연구하여 TDE를 직접 관찰하고 이를 이론적 모델과 비교하여 찢어진 별과 찢어진 블랙홀의 물리적 특성을 관측과 연결할 수 있습니다.

블랙홀 연구의 혁신

MIT 시러큐스 대학과 우주 망원경 과학 연구소의 물리학자 팀은 세부 모델링을 사용하여 반복되는 부분 TDE인 AT2018fyk의 밝아짐 및 어두워짐을 예측했습니다. 이는 별의 고밀도 코어가 SMBH와의 중력 상호 작용을 피하여 다음을 수행할 수 있음을 의미합니다. 블랙홀 주위를 돌며 두 번 이상 찢어집니다.

이 모델은 AT2018fyk가 2023년 8월에 “흐려질” 것이라고 예측했는데, 이는 지난 여름 출처가 사라졌을 때 확인된 예측으로, 그들의 모델이 블랙홀의 물리학을 탐구하는 새로운 방법을 제공한다는 증거를 제공합니다. 그들의 결과는 Nature 저널에 게재되었습니다. 그만큼 천체 물리학 저널 편지.

고에너지원

놀라울 정도로 상세한 은하 조사 덕분에 과학자들은 이전보다 더 많은 오고 가는 광원을 관찰하고 있습니다. 조사에서는 반구 전체를 스캔하여 광원이 갑자기 밝아지거나 ​​어두워지는 현상을 찾아 연구자들에게 무언가 변경되었음을 알려줍니다. 가시광선에만 초점을 맞출 수 있는 거실의 망원경과 달리 Chandra와 같은 망원경은 수백만 도의 뜨거운 물질에서 방출되는 X선 스펙트럼으로 광원을 감지할 수 있습니다.

가시광선과 X선은 모두 전자기 방사선의 형태이지만 X선은 파장이 더 짧고 에너지가 더 큽니다. 스토브를 켠 후 “붉게 뜨거워지는” 방식과 유사하게 디스크를 구성하는 가스는 다양한 온도에서 “빛납니다”. 가장 뜨거운 물질은 블랙홀에 가장 가까운 곳에 위치합니다. 그러나 눈에 보이는 광학 파장으로 에너지를 방출하는 대신 강착 원반의 더 뜨거운 가스가 X선 스펙트럼을 방출하고 있습니다. 이것은 의사가 연조직을 통과할 수 있는 뼈의 영상을 촬영하는 데 사용하는 것과 동일한 X선이며 이러한 상대적 투명성으로 인해 NASA의 X선 망원경에 사용되는 탐지기는 이 고에너지 방사선을 탐지하도록 특별히 설계되었습니다.

반복 공연

2023년 1월 시라큐스대학교 물리학과 교수인 Eric Coughlin과 Dheeraj R. MIT의 연구 과학자인 “D.J.” Basham과 우주 망원경 과학 연구소의 연구원인 Thomas Wevers가 천체 물리학 저널 편지 이 팀은 부분 TDE 재발에 대한 세부 모델을 제안했습니다. 그들의 결과는 초대질량 블랙홀 주위의 별의 재진입 궤도를 최초로 매핑한 것으로, 우주에서 가장 극단적인 환경 중 하나에 대한 새로운 정보를 드러냈습니다.

연구팀은 AT2018fyk(AT는 “일과성 천체물리학 현상”의 약자)로 알려진 TDE 현상에 대한 연구를 기반으로 했습니다. 여기서 별은 “능선 캡처”라고 알려진 교환 과정을 통해 초거대 블랙홀에 의해 캡처되었다고 제안되었습니다. 원래 두 별 중 하나는 쌍성계(상호 중력에 따라 서로 공전하는 두 별)의 일부였으며, 한 별은 블랙홀의 중력장에 포착되고 다른 별(포착되지 않은)은 블랙홀에서 방출된 것으로 추정되었습니다. ~ 1000km/s와 비슷한 속도의 은하 중심.

일단 초거대 블랙홀에 묶여 있으면 AT2018fyk의 방출에 연료를 공급하는 별은 블랙홀에 가장 가까운 접근 방식을 통과할 때마다 외부 껍질이 반복적으로 벗겨집니다. 별의 벗겨진 외부 층은 밝은 강착 원반을 형성하며, 연구자들은 먼 은하계의 빛을 모니터링하는 X선 및 자외선/광학 망원경을 사용하여 이를 연구할 수 있습니다.

TDE는 일반적으로 초대질량 블랙홀의 강렬한 중력장이 별을 파괴하기 때문에 “일회성”이며, 이는 초대질량 블랙홀이 강착 플레어 이후 어둠 속으로 다시 사라지는 것을 의미하지만, AT2018fyk는 반복되는 부분 TDE를 탐색할 수 있는 독특한 기회를 제공했습니다.

연구팀은 초기 및 후속 발견을 위해 NASA가 운영하는 SWIFT와 Chandra와 유럽 임무인 XMM-Newton 등 세 개의 망원경을 사용했습니다. 2018년에 처음 발견된 AT2018fyk는 약 8억 6천만 광년 떨어져 있습니다. 즉, 빛이 이동하는 데 걸리는 시간 때문에 약 8억 6천만 년 전에 “실시간”으로 발생했습니다.

연구팀은 세부 모델을 사용해 광원이 2023년 8월쯤 갑자기 사라지고, 2025년 블랙홀에 새로 벗겨진 물질이 쌓이면 다시 밝아질 것이라고 예측했다.

미래 탐구: 기대와 시사점

모델의 정확성을 확인한 연구팀은 2023년 8월 14일부터 2개월 동안 X선 선속이 감소했다고 보고했습니다. 이러한 급격한 변화는 두 번째 방출 중단으로 해석될 수 있습니다.

“관찰된 방출을 닫는 것은 우리의 모델과 가정이 실행 가능하다는 것을 보여주며, 우리가 실제로 별이 멀리 떨어져 있는 극도로 거대한 블랙홀에 의해 천천히 삼켜지고 있는 것을 보고 있음을 나타냅니다.”라고 Coughlin은 말합니다. “작년 논문에서 우리는 AT2018fyk가 2023년 8월에 갑작스럽고 빠른 페이딩을 보일 것이라고 예측하기 위해 초기 폭발, 페이딩 및 재밝기의 제약 조건을 사용했습니다. 만약에 별은 두 번째 플레어로 이어진 두 번째 만남에서 살아 남았습니다.

시스템이 이러한 예상되는 폐쇄 지점을 보여주었다는 사실은 별과 블랙홀 사이의 몇 가지 차이점을 나타냅니다.

• 별은 블랙홀과의 두 번째 만남에서 살아 남았습니다.
• 블랙홀로 되돌아오는 벗겨진 잔해의 비율은 AT2018fyk의 밝기와 밀접한 관련이 있습니다.
• 블랙홀 주위의 별의 공전 주기는 약 1,300일, 즉 약 3.5년입니다.

두 번째 컷오프는 2025년 5월과 8월 사이에 또 ​​다른 재밝기가 발생해야 함을 나타내며, 별이 두 번째 만남에서 살아남으면 2027년 1월과 7월 사이에 세 번째 컷오프가 발생할 것으로 예상됩니다.

2025년에 다시 밝아지는 것을 기대할 수 있는지에 대해 Coughlin은 두 번째 컷의 발견은 별이 최근에 더 많은 질량을 잃었음을 의미하며 세 번째 밝기를 생성하려면 블랙홀로 돌아가야 함을 의미한다고 Coughlin은 말합니다.

“유일한 불확실성은 방출의 최고점입니다.”라고 그는 말합니다. “두 번째 재밝기 최고점은 첫 번째 것보다 훨씬 약했고, 불행하게도 세 번째 폭발은 탐지 가능성을 제한할 수 있었습니다. 이 세 번째 폭발의.”

Coughlin은 이 모델이 특정 은하에서 백만년에 한 번 발생하는 것으로 생각되는 극히 드문 부분 TDE의 빈도를 연구하는 흥미롭고 새로운 방법을 나타낸다고 지적합니다. 지금까지 과학자들은 이러한 행동을 보이는 시스템을 4~5개만 접했다고 그는 말합니다.

“더 빈번한 부분 TDE를 감지하는 향상된 감지 기술의 출현으로 우리는 이 모델이 과학자들이 이러한 발견을 식별하는 데 필수적인 도구가 될 것으로 기대합니다.”라고 그는 말합니다.

참조: Dheeraj Basham, E.R. Coughlin 및 M. “AT2018fyk의 두 번째 정지 가능성: 재발성 부분 조수 붕괴 사건 모델 하에서 살아남은 별의 업데이트된 궤도 달력” 굴로와 T. 위버스, C.J. 닉슨, 제이슨 T. 힌클과 A. Bandopadhyay, 2024년 8월 14일, 천체 물리학 저널 편지.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57b3