은하수 중심에서 발견된 블랙홀 외 두번째
NASA(미항공우주국)의 스위프트 위성은 최근 은하수 중심 부근에서 강력하게 분출하는 X선을 찾았다. NASA는 희귀한 X선 신성이 만들어내는 이 분출이 지금까지 알려지지 않은 새로운 블랙홀의 존재를 드러내는 것이라고 8일 밝혔다.
NASA 고다드우주비행센터의 스위프너 위성미션 책임 연구원(principal investigator)은 "밝은 X선 신성은 NASA의 특정 임무가 수행되는 동안 한번 정도 관찰할 수 있을 정도로 매우 희귀하며, 스위프트 임무가 시작된 이후 X선 신성을 관측한 것은 이번이 처음이다. 그야말로 우리가 기다려온 어떤 것이다"고 말했다.
X선 신성은 갑자기 X선을 방출해 짧은 기간 방출이 지속된다. 방출이 시작된 수일 후 절정에 이르고 이후 여러 달에 걸쳐 서서히 약해진다. 이 같은 분출은 축적된 가스가 중성자별이나 블랙홀처럼 밀도가 높은 물체로 갑자기 돌진해 들어가면서 발생한다.
급속히 빛나는 이 X선은 9월 17일과 18일 두 차례 스위프트위성의 '돌발 시 자동 작동 망원경(Burst Alert Telescope)'을 가동시켰다.
이 블랙홀은 위치를 나타내는 천체의 좌표를 따서 스위프트 J1745-26으로 명명됐는데 은하수의 중심으로부터 궁수자리 쪽으로 조금 떨어져 있다. 지상의 천체망원경들에는 당시 적외선과 복사에너지의 방출이 관측됐으나 두터운 구름으로 인해 천문학자들이 Swift J1745-26을 포착하지는 못했다.
신성은 9월18일 최고 10,000 전자볼트가 넘는 강렬한 에너지의 X선을 방출했다. 이는 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선에 비해 수천 배 이상 강력한 것으로 유명한 게성운이 방출하는 것과 비슷한 강도이다. 초신성의 잔재인 게성운은 고에너지 천체관측소의 좌표의 눈금으로 사용되며, 태양계 밖에서 관측할 수 있는 가장 강력한 에너지의 원천 가운데 하나로 간주된다.
이 신성은 비교적 강한 에너지로 희미해지면서도 연해진 에너지를 방출하며 빛나고 있는 것이 스위프트의 X선 망원경에 의해 관측됐으며 이는 X선신성의 전형적인 특성이다. 지난 4일까지 Swift J1745-26은 처음 발견돼 밝아지기 시작할 때보다 연X선에 있어 30배 더 밝았다.
스위프트팀과 작업 중인 이탈리아 민란의 브레라 천문관측소 보리스 스바루파니 천체물리학자는 "우리가 보고 있는 패턴은 중심이 블랙홀인 X선 노바에서 관찰되는 전형적인 현상이다. 일단 X선이 사그라지면 질량을 측정하고, 블랙홀의 상태를 확인할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이 블랙홀은 보통의 태양과 같은 별을 포함하고 있는, 저 질량 X선 동반성(low-mass X-ray binary) 체계를 갖추고 있음이 거의 확실하다. 보통의 별에서 일련의 가스가 흘러나와서 블랙홀 주위를 둘러싸고 있는 저장 원반으로 빨려 들어간다.
그러나 어떤 특정 상태에서 원반 내의 안정된 흐름은 동반별로부터 나온 물질이 원반에 흘러들어가는 속도에 의해 영향을 받게 된다. 특정의 속도에서 원반은 안정된 내부의 흐름을 유지하지 못하고 대신 두 개의 극적으로 다른 상태 사이에서 튕겨 나오게 된다. 즉 댐에 갇힌 물처럼 가스가 원반 바깥쪽에 모이면서 더 차가워지고, 덜 이온화된 상태와 중심부로 쇄도하는 일련의 가스를 보내는 보다 뜨거워지고, 더 이온화된 두 개의 대조적인 상태를 말한다.
"각각의 분출은 내부의 원반을 제거하게 되고, 그리고 블랙홀로 떨어지는 물질이 거의 없으면서 이 저 질량 X선 동반성 체계는 더 이상 밝은 X선을 방출하지 못하게 된다. 수십 년 후에 충분한 가스가 외부 원반에 축적되면 또다시 뜨거운 상태가 되어 블랙홀 쪽으로 엄청난 가스를 보내 새로운 X선 방출을 불러오게 된다"고 NASA 천체물리학자인 존 카니조는 설명한다.
이 현상은 '열 점성 한계 주기(thermal-viscous limit cycle)'라고 불리며, 천문학자들이 젊은 별 주위의 원시행성 원반으로부터 중심부가 백색왜성인 왜소 신성에 이르기까지 넓은 범위의 일시적 분출을 설명하는데 도움을 준다. 심지어 멀리 떨어진 은하 중심의 초질량 블랙홀로부터 나오는 밝은 방출도 같은 현상으로 설명할 수 있다.
스위프트는 2004년 11월 발사됐으며, 고다드우주항공센터에서 관할하고 있다.