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블랙홀
중력파: 노벨상을 받은 발견
중력파 탐지
중력파는 약 1세기 전에 알베르트 아인슈타인이 예측한 시공간의 잔물결이다. 중력파는 블랙홀 및 중성자별과 같은 거대한 물체의 움직임으로 인해 발생한다.
2015년에 중력파를 탐지하도록 설계된 거대한 기구인 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)에서 이러한 애매한 파동을 최초로 직접 탐지했다. 이 발견은 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 핵심 원리를 확인한 주요 과학적 돌파구였다.
노벨 물리학상
중력파 탐지에 대한 획기적인 업적으로 미국의 세 물리학자가 2017년 노벨 물리학상을 수상했다.
- 매사추세츠 공과대학의 라이너 바이스
- 캘리포니아 공과대학의 킵 S. 손
- 캘리포니아 공과대학의 배리 C. 배리시
레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)
LIGO는 루이지애나주와 워싱턴주에 하나씩 위치한 두 개의 L자 모양 탐지기로 구성된 복잡한 기구이다. 각 탐지기에는 양쪽 끝에 고도로 반사율이 높은 거울이 있는 길이 2.5마일의 팔 두 개가 있다.
LIGO는 거울 사이를 레이저 빔이 이동하는 데 걸리는 시간을 측정하여 작동한다. 레이저의 이동 시간에 사소한 변화가 있어도 중력파가 지나갔음을 나타낼 수 있다.
중력파 탐지의 영향
중력파의 탐지는 물리학과 천문학에 엄청난 영향을 미쳤다. 중력파 탐지는 다음을 수행했다.
- 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 핵심 예측 중 하나를 확인했다.
- 블랙홀과 중성자별을 비롯한 우주를 연구하는 새로운 도구를 제공했다.
- 대폭발을 비롯한 초기 우주의 중력파를 연구할 가능성을 열었다.
중력파 천문학의 미래
중력파의 탐지는 시작에 불과하다. LIGO 및 기타 중력파 관측소는 감도를 지속적으로 향상시켜 더 약한 중력파도 탐지할 수 있게 될 것이다.
앞으로 중력파 천문학은 블랙홀 합병과 대폭발과 같은 가장 극단적이고 신비로운 현상에 대한 통찰력을 제공함으로써 우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 것으로 예상된다.
발견의 핵심 인물
킵 손
킵 손은 LIGO 개발에 주도적인 역할을 한 이론 물리학자이다. 그는 중력파를 탐지할 수 있다고 처음으로 믿은 과학자 중 한 명이었고, LIGO 탐지기를 설계하고 구축하는 데 도움을 주었다.
라이너 바이스
라이너 바이스는 LIGO의 초기 개념을 개발한 것으로 알려진 실험 물리학자이다. 그는 1970년대에 최초의 LIGO 탐지기를 만든 팀을 이끌었다.
배리 배리시
배리 배리시는 1994년에 LIGO 소장이 된 실험 물리학자이다. 그는 당시 어려움을 겪고 있었던 이 프로젝트를 재구성하고 관리한 공로를 인정받고 있다. 그의 리더십 하에 LIGO가 완성되었고, 2015년에 중력파를 최초로 탐지했다.
과제 및 한계
중력파의 탐지는 어려운 과제이다. 이 파동은 극히 약하고 다른 잡음에 쉽게 가려질 수 있다. LIGO와 다른 중력파 관측소는 이러한 파동을 탐지하기 위해 매우 민감해야 한다.
중력파 천문학의 또 다른 한계는 블랙홀 합병 및 중성자별 충돌과 같은 특정 유형의 근원에서만 중력파를 탐지할 수 있다는 점이다. 이는 중력파 천문학이 아직 우주의 완전한 그림을 제공할 수 없다는 것을 의미한다.
결론
중력파의 탐지는 우주에 대한 새로운 창을 연 주요 과학적 돌파구이다. LIGO와 다른 중력파 관측소는 감도를 지속적으로 향상시켜 더 약한 중력파도 탐지하고 더 광범위한 우주적 현상을 연구할 수 있게 될 것이다. 앞으로 중력파 천문학은 블랙홀 합병과 대폭발과 같은 가장 극단적이고 신비로운 현상에 대한 통찰력을 제공함으로써 우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 것으로 예상된다.
조석 교란 사건: 우주의 장관
사건: 블랙홀의 별 연회
2022년 2월 11일, 지구에서 수십억 광년 떨어진 곳에서 놀라운 우주 사건이 발생했습니다. 한 별이 초거대 블랙홀에 너무 가까이 다가가면서 조석 교란 사건(TDE)으로 알려진 드문 현상이 일어났습니다.
TDE 동안, 블랙홀의 엄청난 중력은 별을 찢어내어 ‘스파게티화’라고 불리는 물질의 흐름을 만듭니다. 이 물질이 블랙홀에 떨어지면서, 천문학자들이 감지할 수 있는 밝은 에너지 제트를 방출합니다.
발견: 어둠 속의 밝은 섬광
AT 2022cmc라고 명명된 이 TDE는 처음으로 Zwicky 천문학 시설 조사에 의해 발견되었습니다. 그 탁월한 밝기는 즉시 주목을 받았고, 감마선 폭발의 예상치를 초과했습니다.
도플러 증폭 제트: 우주의 등대
연구자들은 곧 블랙홀의 제트가 지구를 향해 직접 향하고 있어 ‘도플러 증폭’ 효과를 일으킨다는 것을 발견했습니다. 이 효과는 제트를 더욱 밝게 만들어 천문학자들이 전례 없는 세부 사항으로 TDE를 관찰할 수 있게 했습니다.
TDE의 중요성: 초거대 블랙홀에 대한 창
TDE는 매우 드물며, 지금까지 소수만이 감지되었습니다. AT 2022cmc의 독특한 특성은 초거대 블랙홀의 형성과 발전에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.
장관 뒤의 과학
중력과 스파게티화
블랙홀의 중력은 매우 강력하여 별을 알아볼 수 없을 정도로 왜곡시키고 늘릴 수 있습니다. 스파게티화라고 알려진 이 과정은 블랙홀을 먹여 살리는 얇은 물질 흐름을 만듭니다.
제트 형성과 도플러 증폭
파괴된 별의 물질이 블랙홀에 떨어지면서, 제트 형태로 에너지를 방출합니다. 만약 제트가 지구를 향하고 있다면, 도플러 효과는 그 밝기를 증폭시켜 관찰을 더 쉽게 만듭니다.
감마선 폭발의 역할
감마선 폭발은 거대한 별이 붕괴할 때 발생하는 강력한 폭발입니다. AT 2022cmc의 밝기는 처음에 감마선 폭발을 시사했으나, 추가 분석 결과 다른 출처, 즉 초거대 블랙홀이 밝혀졌습니다.
TDE 연구의 미래
AT 2022cmc의 발견은 TDE와 초거대 블랙홀을 연구하는 새로운 길을 열었습니다. 천문학자들은 이제 이 사건을 모델로 사용하여 추가 TDE를 찾고 특성화하여 이러한 우주 현상에 대한 더 깊은 이해를 제공하고 있습니다.
주간 최고 우주 사진
블랙홀 폭발
블랙홀은 종종 우주의 진공 청소기로 묘사되며 진로에 있는 모든 것을 삼킨다. 하지만 연구자들은 블랙홀이 실제로는 매우 지저분하게 먹는다는 사실을 밝혀냈다. 블랙홀이 먹이를 먹으면 강력한 방사선 바람을 통해 유입 물질의 일부를 배출한다.
이 바람은 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 대부분의 성숙한 은하는 핵에 초거대 블랙홀을 품고 있다. 최근 두 개의 X선 망원경을 사용한 연구 결과, PDS 456이라는 활성 블랙홀이 있는 특히 밝은 은하에서 나오는 바람이 은하 대부분을 가로질러 불고 있는 것으로 나타났다. 이는 이 바람이 새로운 별이 형성되는 데 필요한 기체를 밀어내어 숙주 은하의 성장을 규제할 수 있음을 시사한다.
몬태나 오로라
2월 18일, 몬태나 북부 하늘이 장엄한 오로라 디스플레이로 불타올랐다. 이 광경은 북극권 너머에서도 볼 수 있었다. 지구는 태양 입자 흐름을 통과하고 있었으며, 이 입자들이 대기권의 공기 분자와 충돌하여 눈부신 빛의 쇼를 만들어냈다.
주요 디스플레이는 아마도 캐나다에서 발생했을 것으로 보이는데, 거기서 관찰자들은 태양 입자가 대기권 아래쪽의 산소 분자를 강타해 생성한 녹색 리본 모양의 빛을 더 많이 목격했을 것이다. 하지만 몬태나에서 멀리 떨어진 곳에서는 관찰자들이 하늘에서 훨씬 더 위쪽에서 오로라 활동의 밝은 빨간색을 볼 수 있었다.
얼어붙은 화산
2월 16일, 쿠릴 열도의 화산이 7년 만에 처음으로 분출했다. 치쿠라치 화산은 눈 덮인 풍경 위로 서풍에 의해 운반되어 최대 25,000피트 높이까지 화산재 깃털을 뿜어냈다. 쿠릴 열도는 화산 활동의 온상이지만 사람이 거주하고 있으며 일본과 러시아 간의 60년 분쟁의 중심에 위치해 있다.
새벽이 다가온다
세레스는 화성과 목성 사이의 주요 소행성대에 있는 유일한 공식 왜소 행성이다. 2014년 9월부터 NASA의 돈 탐사선은 이 작은 목표에 점점 가까워지고 있으며 현재 허블 우주 망원경보다 더 나은 이미지를 제공하고 있다.
2월 12일에 촬영한 최근 사진은 세레스가 회전하면서 두 면을 보여주며, 천문학자들을 당혹스럽게 만드는 분화구와 밝은 점들이 흩어져 있는 것을 보여준다. 돈은 3월 6일에 세레스를 도는 궤도에 들어갈 예정이며, 근접 촬영을 통해 이 미스터리를 풀 수 있기를 기대한다.
어두운 합병
보이지 않고 신비한 물질인 암흑 물질은 초거대 블랙홀의 성장에 지침 역할을 하는 것으로 보인다. 은하는 중심에 초거대 블랙홀을 가지고 있으며, 천문학자들은 오랫동안 블랙홀의 크기가 은하의 별 수와 연결되어야 한다고 믿어왔다.
하지만 은하는 또한 가시적인 모든 물질보다 무거운 보이지 않는 암흑 물질의 후광에 둘러싸여 있다. 최근 연구에서는 3,000개의 타원 은하에서 초거대 블랙홀의 질량과 암흑 물질 후광의 질량 간에 긴밀한 상관 관계가 있음을 발견했다. 이는 빛이 아닌 암흑 물질이 블랙홀의 크기를 결정한다는 것을 시사한다.
이러한 상관 관계는 타원 은하가 두 개의 더 작은 은하가 합병되어 형성되는 방식과 관련이 있을 수 있다. 두 은하가 하나가 될 때, 암흑 물질 후광이 커지고, 어떻게든 블랙홀이 부풀어 오르도록 자극하는 은하 규모의 “중력적 청사진”이 설정된다.
주간 최고 우주 사진
샤мпа뉴 드림: 거품이 많은 성운
거대한 푸른 별들이 붉은 먼지와 수소 가스 구름 주변에서 생생한 우주적 춤을 선보이는 RCW 34 성운을 감상하세요. 샴페인 플로우로 알려진 이 현상은 구름 가장자리에서 폭발하는 뜨거운 가스의 숨막히는 거품을 만들어 축하하는 토스트의 화려함을 모방합니다. 적외선 망원경은 이 우주적 보육원 안에 품어진 여러 세대의 별을 보여주며 별이 끊임없이 태어나는 주기를 암시합니다.
인상주의 지구: 북대서양의 캔버스
봄이 북대서양을 생생한 팔레트로 물들여 바다를 예술적 걸작으로 변신시켰습니다. 식물성 플랑크톤이라는 미세 해양 생물이 연두색과 청록색 소용돌이를 만들어 해안선과 수중 고원을 윤곽을 그립니다. 이 풍부한 플랑크톤은 물고기, 갑각류, 해양 포유류로 구성된 풍부한 생태계를 키워 이 지역을 지구에서 가장 생산적인 어장 중 하나로 만들었습니다. 과학자들은 이러한 식물성 플랑크톤 개화를 모니터링하여 기후 변화와 오염이 이 민감한 해양 환경에 미치는 영향을 평가합니다.
제트세터: 은하 병합 및 블랙홀
대부분의 대형 은하는 중심부에 초거대 블랙홀을 보유하고 있지만, 천문학적 분수처럼 은하 중심에서 플라스마를 고속으로 분출하는 상대론적 제트를 생성하는 은하는 소수에 불과합니다. 허블 우주 망원경 관측을 통해 이러한 제트와 우주 병합을 경험한 은하 사이에 강한 연관성이 있는 것으로 나타났습니다. 두 개의 은하가 충돌하면 블랙홀이 병합되어 이러한 에너지 넘치는 유출물이 탄생할 수 있습니다. 그러나 모든 병합이 제트를 생성하는 것은 아니므로 관련 블랙홀의 질량과 같은 다른 요인이 역할을 하는 것으로 보입니다.
태양의 징후: 태양의 역동적인 모습
다양한 필터를 통해 보았을 때, 우리 태양은 휘몰아치는 플라스마를 강조하는 다양한 모습을 드러냅니다. 극단 자외선 파장은 독특한 “대각선” 패턴을 형성하는 길고 섬유질 구조를 보여줍니다. 이 필라멘트는 자기력에 의해 표면 위에 매달려 있는 차가운 태양 물질 구름입니다. 이들은 수 일 동안 안정적으로 유지되거나 폭발하여 태양 물질 덩어리를 우주로fır낼 수 있습니다. NASA의 태양 역학 관측소는 태양을 지속적으로 모니터링하여 이러한 태양 현상을 연구하고 지구에 영향을 미칠 수 있는 잠재적으로 위험한 폭발을 예측합니다.
세레스와의 포옹: 새벽호의 왜소 행성 만남
30억 마일의 여정을 마친 NASA의 새벽호 우주선은 지구에 가장 가까운 왜소 행성인 세레스 주변의 새로운 궤도에 진입할 준비를 하고 있습니다. 2차 매핑 궤도라고 하는 임무의 다가오는 단계에서는 새벽호가 세레스 표면에서 불과 2,700마일 위에서 관측하여 전례 없는 자세한 데이터를 수집할 수 있습니다. 과학자들은 태양계의 원자재로부터 행성이 어떻게 형성되었는지, 그리고 고유한 내부 층을 어떻게 개발했는지에 대한 통찰력을 얻고자 합니다. 새벽호가 촬영한 세레스의 근접 이미지는 분화구 중 하나에서 관찰된 신비한 밝은 점에 대한 빛도 비출 수 있습니다.
롱테일 키워드:
- RCW 34 내에서 새 별이 어떻게 형성되는지: RCW 34의 수소 풍부함은 먼지 구름 내에서 별이 계속 형성되고 있음을 의미합니다.
- 메인만과 노바스코샤에서 식물성 플랑크톤에 미치는 기후 변화의 영향: 과학자들은 이 지역 해양 생태계에 대한 기후 변화와 오염의 영향을 평가하기 위해 식물성 플랑크톤 개화를 모니터링합니다.
- 상대론적 제트 형성에 있어서 블랙홀 병합의 역할: 허블 우주 망원경 관측을 통해 우주 병합과 은하에서 상대론적 제트 형성 사이의 연관성이 밝혀졌습니다.
- 다양한 태양 폭발 유형과 지구에 미치는 영향: 태양 역학 관측소는 플레어와 코로나 질량 방출을 포함한 다양한 유형의 태양 폭발을 연구하여 지구에 미칠 수 있는 잠재적 영향을 예측합니다.
- 새벽호 우주선이 우리가 행성 형성을 이해하는 데 어떻게 도움이 될 것인지: 새레스와 베스타에 대한 새벽호의 임무는 태양계에서 행성의 형성 및 진화에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.
우주에서 가장 밝은 천체: 120억 광년 떨어진 빛나는 퀘이사
천문학자들은 지금까지 알려진 우주에서 가장 밝은 천체를 발견했습니다. 공식적으로 J059-4351이라는 이름이 붙여진 이 퀘이사는 120억 광년 떨어진 은하의 빛나는 핵이며, 태양보다 무려 500조 배나 더 밝게 빛납니다.
퀘이사란?
퀘이사는 우주에서 가장 밝은 천체입니다. 주변을 도는 가스와 먼지 원반을 활발히 삼키고 있는 초대질량 블랙홀에 의해 에너지를 얻습니다. 블랙홀 주변을 소용돌이치는 물질로 인해 마찰이 생기면 멀리서 볼 수 있는 빛나는 열이 방출됩니다.
기록적인 퀘이사
J059-4351 퀘이사는 지금까지 관측된 가장 밝은 천체입니다. 매일 태양 한 개 질량보다 많은 물질을 삼키는 블랙홀에 의해 에너지를 얻고 있으며, 이는 과학자들이 지금까지 본 가장 빠르게 성장하는 블랙홀입니다.
블랙홀 주변의 降着円盤은 태양과 해왕성 사이의 거리보다 15,000배나 깁니다. 이 원반은 엄청난 양의 에너지를 방출하면서 밝게 빛납니다.
천문학자들이 퀘이사를 발견한 방법
연구자들은 1980년 호주에 있는 슈미트 사던 스카이 서베이(Schmidt Southern Sky Survey)가 촬영한 이미지에서 이 초고도 밝은 퀘이사를 자신도 모르게 포착했습니다. 하지만 처음에는 별로 오인했습니다.
일반적으로 천문학자들은 이미 알려진 퀘이사와 유사한 물체가 있는지 하늘의 넓은 영역을 조사하도록 훈련된 기계학습 모델을 사용하여 퀘이사를 찾습니다. 이로 인해 지금까지 본 적 없는 특이하게 밝은 퀘이사를 찾기가 어려워집니다.
작년에 이 연구의 저자들은 호주에 있는 사이딩 스프링 천문대의 망원경을 사용하여 이 물체가 실제로 퀘이사임을 확인했습니다. 그들은 칠레에 있는 초거대 망원경의 데이터를 사용하여 이 퀘이사가 사상 가장 밝은 것이라는 것을 확인했습니다.
퀘이사 중심부의 블랙홀
J059-4351 퀘이사 중심부의 블랙홀은 무게가 약 170억 개의 태양과 같습니다. 이 블랙홀은 굶주려 있으며, 매년 태양 413개에 해당하는 양의 물질을 삼킵니다.
블랙홀이 물질을 삼키면 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 降着円盤을 섭씨 10,000도까지 가열하고, 지구를 1초면 한 바퀴 도는 강력한 바람을 생성합니다.
퀘이사의 미래
J059-4351 퀘이사의 빛이 우리에게 도달하는 데는 약 120억 년이 걸렸습니다. 이는 우리가 이 퀘이사를 120억 년 전의 모습 그대로 보고 있다는 뜻입니다.
그 당시 우주는 지금보다 훨씬 더 어리고 혼돈스러웠습니다. 자유롭게 떠도는 가스와 먼지가 훨씬 더 많았으며, 이것이 블랙홀에 풍부한 먹잇감을 제공했습니다.
그러나 시간이 지남에 따라 우주에 있는 가스와 먼지 대부분이 별과 은하로 응고되었습니다. 이는 블랙홀이 이제는 초기 우주처럼 먹을 물질이 많지 않다는 것을 의미합니다.
결과적으로 J059-4351 퀘이사 중심부의 블랙홀은 결국 성장을 멈출 것입니다. Wolf는 우주의 가장 밝은 천체라는 이 기록은 앞으로도 결코 깨지지 않을 것이라고 생각합니다.