은하수 중심부에 있는 블랙홀 궁수자리 A*(Sgr A)의 놀라운 “첫 번째 이미지”를 기억하십니까? 글쎄요, 일본 국립 천문대(NAOJ)의 연구원들에 따르면 그것은 완전히 정확하지 않을 수도 있습니다.
대신 궁수자리 A* 주변의 강착 원반은 2022년에 처음 본 원형 모양보다 더 길쭉할 수 있습니다.
NAOJ의 과학자들은 EHT(Event Horizon Telescope) 팀이 처음 캡처한 Sgr A* 데이터에 다양한 분석 방법을 적용했습니다. EHT 데이터는 8개의 지상 전파 망원경 네트워크에서 나왔습니다. 원래 분석에서는 어두운 중앙 영역을 둘러싸는 밝은 환상형 구조를 보여주었습니다.
다른 모양으로 나타나는 재분석은 디스크 내 물질의 움직임과 분포에 대한 정보를 나타냅니다.
두 그룹 모두 공평하게 말하면 무선 간섭계 데이터를 분석하는 것은 매우 복잡합니다. NAOJ 천문학자 미요시 미카토(Miyoshi Mikato)에 따르면 둥근 모양은 이미지가 생성된 방식 때문일 수 있습니다.
Miyoshi는 “우리는 환상 이미지가 EHT의 영상 분석 중 오류로 인해 발생했으며 이 부분은 인공물이지 실제 천문 구조가 아니라고 가정합니다”라고 말했습니다.
블랙홀의 모습을 설명하다
그렇다면 NAOJ 재분석에서 Archer A*는 어떤 모습일까요?
“우리의 이미지는 동서 방향으로 약간 늘어져 있고 동쪽 절반이 서쪽 절반보다 밝습니다”라고 Miyoshi는 말했습니다.
“우리는 이러한 현상이 블랙홀을 둘러싸고 있는 강착원반이 광속의 약 60% 속도로 회전하고 있음을 의미한다고 생각합니다.”
강착원반은 초고온 물질로 가득 차 있으며, 말하자면 “배수관을 돌며” 400만 태양질량의 블랙홀로 흘러들어갑니다. 강착 디스크를 통해 회전함에 따라 마찰과 자기장의 작용으로 재료가 가열됩니다. 이로 인해 주로 X선과 가시광선에서 빛을 내고 무선 방출도 방출됩니다.
블랙홀 자체의 회전을 포함하여 다양한 요인도 강착원반의 모양에 영향을 미칩니다. 또한 물질의 각운동량뿐만 아니라 부착 속도(즉, 얼마나 많은 물질이 디스크에 떨어지는지)가 모두 모양에 영향을 미칩니다.
블랙홀의 중력은 또한 강착원반에 대한 우리의 시각을 왜곡합니다. 이러한 유형의 “거울 재미” 왜곡은 사진 촬영을 매우 어렵게 만듭니다. 결과적으로 디스크의 실제 모양(EHT의 원래 원형 보기 또는 NAOJ의 길쭉한 보기) 중 하나가 정확할 수 있습니다.
그렇다면 블랙홀에 대한 견해가 왜 다른가요?
팀은 어떻게 동일한 데이터를 사용하여 궁수자리 A*에 대해 약간 다른 두 가지 관점에 도달했습니까?
“망원경은 천문학적 이미지를 완벽하게 포착할 수 없습니다.”라고 Miyoshi는 말했습니다. EHT 관측의 경우 널리 연관된 망원경의 간섭계 데이터에 간격이 포함될 수 있는 것으로 나타났습니다. 데이터를 분석하는 동안 과학자들은 완전한 그림을 구축하기 위해 특별한 기술을 사용해야 합니다. 이것이 EHT 팀이 한 일이며, 그 결과 “둥근 블랙홀” 이미지가 탄생했습니다.
Miyoshi 팀은 그들의 연구 결과를 설명하는 논문을 발표했습니다. 그 안에서 그들은 2022년 EHT 이미지의 토로이드 구조가 EHT 데이터의 울퉁불퉁한 점 확산 함수(PSF)로 인해 발생한 아티팩트라고 제안했습니다.
PSF는 이미징 시스템이 보고 있는 영역의 점 광원과 상호 작용하는 방식을 설명합니다. 이는 광학 장치의 불완전성(또는 이 경우 간섭계 데이터의 공백)으로 인해 얼마나 많은 흐림이 발생하는지 측정하는 데 도움이 됩니다. 즉, 그는 공백을 “채우는” 데 문제가 있었습니다.
NAOJ 팀은 데이터를 재분석하고 다른 매핑 방법을 사용하여 데이터 격차를 메웠습니다. 이로 인해 강착 원반 Sgr A*의 모양이 길어졌습니다.
디스크의 절반이 더 밝아지며 이는 디스크가 빠르게 회전함에 따라 도플러 향상으로 인한 것임을 시사합니다. 그들은 새로 분석된 데이터와 확장된 이미지가 블랙홀에서 몇 슈바르츠실트 반지름만큼 떨어져 있는 원반의 일부를 보여주며 매우 빠르게 회전하고 있으며 40°~45° 각도에서 볼 수 있다고 제안합니다.
다음은 무엇입니까?
이러한 재분석은 강착 원반 Sgr A*의 실제 모양을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 2022년 이미지 공개로 이어진 궁수자리 A*에 대한 EHT 연구는 블랙홀 주변 지역을 매핑하려는 최초의 상세한 시도였습니다.
그만큼 EHT 컨소시엄은 개선 작업을 진행 중입니다. 이 블랙홀과 다른 블랙홀에 대한 더 좋고 더 자세한 간섭계 이미지를 생성합니다. 궁극적으로 이는 보다 정확한 보기로 이어져야 합니다.
후속 연구는 강착원반 관찰의 공백을 메우는 데 도움이 될 것입니다. 또한, 블랙홀 주변 환경에 대한 자세한 연구는 디스크 내부에 숨어 있는 블랙홀에 대한 더 많은 단서를 제공할 것입니다.
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