.Magnetic Origins: New Study Solves Longstanding Black Hole Mystery
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Starship version space science
.Magnetic Origins: New Study Solves Longstanding Black Hole Mystery
자기적 기원: 새로운 연구로 오랜 블랙홀 미스터리 해결
Jane Beaufore, Simons Foundation 작성2025년 4월 8일, 강착원반과 고에너지 입자 제트를 포함하는 회전하는 블랙홀의 3D 시각화 빠르게 회전하는 블랙홀의 강착 원반과 그로 인해 생성된 블랙홀 추진 제트의 3D 렌더링. 출처: Ore Gottlieb 외 (2024)
자기장이 매우 강한 별이 폭발하여 블랙홀로 붕괴되는 시뮬레이션을 통해, 별들이 새로운 블랙홀 주변에 형성되는 소용돌이 모양의 물질 원반으로 자기장을 전달한다는 사실이 밝혀졌습니다 . 블랙홀은 우주에서 가장 신비로운 천체 중 하나입니다. 주변의 모든 것을 강력한 중력으로 끌어당겨 아무것도 빠져나올 수 없는 함정으로 가장 잘 알려져 있습니다. 하지만 블랙홀은 또한 강력한 대전 입자 제트를 방출하여 폭발적인 감마선 폭발을 일으키기도 하는데, 이 폭발은 태양이 평생 방출하는 에너지보다 더 많은 에너지를 단 몇 초 만에 방출합니다. 이러한 현상이 일어나려면 블랙홀에 강력한 자기장이 있어야 합니다.
지금까지 그 자기장의 근원은 밝혀지지 않았습니다. 플래티런 연구소 과학자들과 공동 연구진은 블랙홀 형성에 대한 상세한 계산을 통해 이러한 자기장의 기원, 즉 블랙홀을 형성하는 별의 붕괴를 밝혀냈습니다. 연구팀은 최근 천체물리학 저널 레터스( The Astrophysical Journal Letters) 에 연구 결과를 발표했습니다 . 초신성 폭발 후 별이 원시 중성자별이라 불리는 고밀도 핵을 남기고 나면 블랙홀이 형성될 수 있습니다. "원시중성자별은 블랙홀의 어머니입니다. 붕괴하면 블랙홀이 탄생하기 때문입니다. 우리가 관찰하는 것은 이 블랙홀이 형성될 때 원시중성자별을 둘러싼 원반이 자기장을 블랙홀에 고정시키는 것입니다."라고 이 연구의 제1저자이자 뉴욕시에 있는 플래티런 연구소 계산천체물리학 센터(CCA)의 연구원인 오레 고틀리브는 말합니다.
"블랙홀의 이러한 근본적인 특성과 우주에서 가장 밝은 폭발인 감마선 폭발의 동력을 블랙홀이 어떻게 만들어내는지 마침내 이해하게 되어 매우 기쁩니다." 고틀리브는 CCA 연구원인 브라이언 메츠거, 재러드 골드버그, 마테오 칸티엘로, 마티유 렌조와 함께 이 연구를 공동 집필했습니다. 자기의 미스터리 연구팀은 당초 별의 탄생부터 붕괴, 그리고 블랙홀 형성까지의 과정을 모델링하는 것을 목표로 했습니다. 시뮬레이션을 통해 감마선 폭발을 생성하는 제트와 같은 블랙홀의 분출을 연구할 계획이었습니다. 그러나 고틀리브의 팀은 모델에 문제가 발생했습니다. " 중성자별 이 블랙홀로 붕괴하는 동안 이러한 자기장의 움직임을 어떻게 모델링해야 할지 확신하지 못했습니다 ."라고 고틀리브는 말합니다. "그래서 이 질문에 대해 처음으로 생각하게 되었습니다."
빠르게 회전하는 블랙홀의 강착 원반과 그로 인해 생성된 블랙홀 추진 제트의 3D 렌더링. 출처: Ore Gottlieb 외 (2024)
블랙홀과 그 자기장에 대한 몇 가지 이론이 있었지만, 블랙홀의 제트와 감마선 폭발의 힘을 설명할 때 어떤 이론도 일치하지 않는 듯했습니다. 고틀리브는 "지금까지 생각했던 것은 붕괴하는 별의 자기장이 블랙홀로 붕괴된다는 것입니다."라고 말합니다. "이 붕괴 과정에서 자기장 선은 압축되면서 더욱 강해지기 때문에 자기장의 밀도가 더 높아집니다." 이 설명의 문제점은 별의 강력한 자기장이 별의 회전을 잃게 만든다는 것입니다. 그리고 빠른 회전 없이는 신생 블랙홀은 강착 원반(블랙홀 주변의 가스, 플라즈마 , 먼지, 입자의 흐름)을 형성할 수 없으며, 우리가 관측한 제트와 감마선 폭발을 생성할 수 없습니다.
"상호 배타적인 것처럼 보입니다."라고 고틀리브는 말합니다. "제트가 형성되려면 강한 자기장과 강착 원반, 두 가지가 필요합니다. 하지만 그러한 압축으로 생성된 자기장은 강착 원반을 형성하지 않으며, 원반이 형성될 수 있을 정도로 자기력을 약화시키면 제트를 생성할 만큼 강하지 않게 됩니다." 이는 뭔가 다른 일이 일어나고 있다는 것을 의미했고, 과학자들은 근원, 즉 블랙홀의 부모에게 직접 가서 그것이 무엇인지 알아내고자 했습니다.
블랙홀의 자기적 부모: 중성자별 과학자들은 중성자별 붕괴에 대한 이전의 시뮬레이션이 전체적인 그림을 보여주지 못한다는 것을 깨달았습니다. "과거 시뮬레이션은 붕괴 과정에서 모든 자기장을 잃는 고립된 중성자별과 고립된 블랙홀만 고려했습니다. 그러나 우리는 이러한 중성자별들이 블랙홀처럼 자체적인 강착 원반을 가지고 있다는 것을 발견했습니다."라고 고틀리브는 말합니다. "그래서 강착 원반이 중성자별의 자기장을 보존할 수 있을지도 모른다는 아이디어가 떠올랐습니다. 이렇게 하면 중성자별을 관통하는 것과 동일한 자기장 선을 가진 블랙홀이 형성될 것입니다."
연구팀의 계산에 따르면, 중성자별은 새로 형성된 블랙홀이 모든 자기장을 삼키기 전에 붕괴할 때, 중성자별의 원반이 블랙홀에게 상속되고 자기장 선이 고정된다는 것이 밝혀졌습니다. 블랙홀 자기 인포그래픽 블랙홀이 자기력을 어떻게 물려받는지 설명하는 인포그래픽. 출처: 루시 리딩-이칸다 / 사이먼스 재단
"이러한 시스템에서 나타날 것으로 예상되는 일반적인 값에 대해 계산을 수행한 결과, 대부분의 경우 블랙홀 원반 형성 시간은 블랙홀이 자기력을 잃는 시간보다 짧았습니다."라고 고틀리브는 말합니다.
"따라서 원반은 블랙홀이 모체인 중성자별로부터 자기장을 물려받을 수 있도록 합니다." 우주 전역에 미치는 영향 고틀리브는 이 새로운 발견에 대해 기뻐하는데, 이는 오랫동안 풀리지 않았던 미스터리를 해결했을 뿐만 아니라 제트류에 대한 추가 연구의 문을 열어주기 때문이다. "이 연구는 제트 형성을 뒷받침할 수 있는 시스템 유형에 대한 우리의 생각을 바꿔놓습니다. 강착 원반이 자기장을 의미한다는 것을 알게 되면, 이론적으로는 초기 원반 형성만으로도 제트를 생성할 수 있기 때문입니다."라고 그는 말합니다.
"이제 이 사실을 알게 되었으니, 별의 개체군과 제트 형성 사이의 모든 연관성을 다시 생각해 보는 것이 흥미로울 것입니다." 고틀리브는 이 작업이 가능한 것은 CCA의 팀 과학과 역량 덕분이라고 말했습니다. "이것은 다학제적 협업을 통해 다양한 관점에서 이 문제를 다루고 붕괴 후 별의 진화에 대한 일관된 그림을 그릴 수 있었습니다."라고 그는 말합니다. "그리고 CCA의 풍부한 계산 자원 덕분에 이전보다 훨씬 더 일관되게 붕괴 시뮬레이션을 실행할 수 있었습니다. 이 두 가지 측면이 혁신적인 접근 방식으로 이어졌다고 생각합니다."
참고문헌: 오레 고틀리브, 마티유 렌조, 브라이언 D. 메츠거, 재러드 A. 골드버그, 마테오 칸티엘로 공저, "She's Got Her Mother's Hair: Unveiling the Origin of Black Hole Magnetic Fields through Stellar to Collapsar Simulations", 2024년 11월 18일, The Astrophysical Journal Letters . DOI: 10.3847/2041-8213/ad8563
https://scitechdaily.com/magnetic-origins-new-study-solves-longstanding-black-hole-mystery/
.JWST observations detect dusty disk around the central star of Ring Nebula
JWST 관측에서 고리 성운 중심별 주위의 먼지 원반 감지
작성자: Tomasz Nowakowski, Phys.org NGC 6720 중심별 주변의 확장된 성운 방출을 3개의 필터로 보여주는 JWST/MIRI 이미지. 출처: arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2504.01188
국제 천문학자 팀은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 이용하여 메시에 57(NGC 6720으로도 알려짐)로 명명된 행성상 성운을 관측했습니다. 이 성운은 고리 성운(Ring Nebula)으로 불립니다. 그 결과, 이 성운의 중심별이 먼지로 뒤덮인 고리에 둘러싸여 있음을 발견했습니다. 이 발견은 4월 1일 arXiv 사전 인쇄 서버 에 게재된 논문에 자세히 설명되어 있습니다 . 행성상 성운은 주계열성 에서 적색 거성이나 백색 왜성으로 진화하는 과정에서 별에서 분출된 가스와 먼지 껍질이 팽창하는 모습입니다 . 비교적 드물지만, 별과 은하의 화학적 진화를 연구하는 천문학자들에게는 중요한 역할을 합니다.
1779년에 발견된 고리 성운은 거문고자리에 있는 잘 알려진 행성상 성운 으로, 지구에서 약 2,570 광년 떨어져 있습니다. 반지름이 약 1.3광년인 약간 타원형의 가스 고리로, 전형적인 행성상 성운 으로 여겨집니다 . 백색 왜성이 되어가는 고리 성운의 중심별은 태양 질량의 약 0.61배에 달하는 질량을 가지고 있으며, 유효 온도는 약 135,000K로 추정됩니다. 이 별은 주로 탄소와 산소로 구성되어 있으며, 가벼운 원소로 구성된 얇은 외피를 가지고 있습니다. NASA 제트추진연구소(JPL)의 라그벤드라 사하이가 이끄는 천문학자 그룹은 최근 고리 성운과 그 중심별의 근적외선에서 중적외선 파장 범위에서 새로운 영상을 촬영했습니다.
이를 위해 JWST의 근적외선 카메라(NIRCam)와 중적외선 관측 장비(MIRI)를 활용했습니다. 관측 결과 5.0µm 이상의 파장에서 분광 에너지 분포의 과도한 방출이 검출되었고, 7.7µm, 10µm, 11.3µm 이미지에서는 방사형으로 확장된 방출이 관측되었습니다. 이러한 결과는 중심별 주변에 밀집된 먼지 구름 원반이 존재함을 시사합니다. 논문에 따르면, 먼지 구름의 크기는 약 2,600 AU이
며, 비교적 작은 비정질 규산염 먼지 입자로 구성되어 있습니다.
이 먼지의 총 질량은 지구 질량의 약 0.00000186배로 추정되었습니다. 또한, 고리 성운의 중심별은 태양 광도의 310배에 달하는 광도를 가지고 있으며, 시선 방향 성간 소광도는 0.15등급인 것으로 관측 되었습니다. 또한, 중심별은 상당한 광도 변동성을 보이는 것으로 나타났습니다. 이러한 변동성은 태양 질량의 0.1배 미만인 근접 주계열성 왜소별의 존재로 인해 발생할 수 있습니다. 연구 결과에 따르면, 논문의 저자들은 고리 성운의 중심별을 둘러싼 먼지 구름이 이 별의 초기 진화 단계에서 이중 상호작용으로 인해 생긴 원반의 잔해일 수 있으며, 현재는 거의 완전히 사라졌다고 밝혔습니다.
정보: Raghvendra Sahai 외, JWST에서 고리 성운(NGC 6720) 관측: III. 중심별 주위의 먼지 원반, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2504.01188 저널 정보: arXiv
https://phys.org/news/2025-04-jwst-dusty-disk-central-star.html
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