블랙홀의 위력! 2000억 개의 별로 구성된 하나의 은하를 ...

블랙홀의 위력! 2000억 개의 별로 구성된 하나의 은하를 단 한방에 파괴

 

[블랙홀이 인접 은하를 강타하여 폭파시켜 날려 버리는(Black hole 'bully' blasts galaxy) 장면이 목격되다. 표적된 은하의 2,000억 개의 별들과 행성들 뿐만 아니라 이 제트 에너지 분출의 경로 안에 들어 있는 어떤 행성들도 이 파괴의 영향을 비켜갈 수 없을 것이라는 심오한 지식과, 그 결과 또 다른 새로운 별의 생성을 부추길 것이라는, 블랙홀의 융합과 분열에 따른 별/행성의 사멸과 생성이라는 중요한 우주철학을 알게 해주는 사건으로 과학자들은 해석, 조만간 The Astrophysical Journal에 발표될 전망('Death Star' Galaxy Black Hole Fires at Neighboring Galaxy(24/Dec/2007)]

 

거대한 블랙홀(supermassive black hole)에서 뿜어져 나오는 입자들의 강력한 분출(Jet)이 부근에 있는 근접 은하를 강타하여 폭파시키는 장면이 최초로 목격되었다고 2007년 12월 17일 미항공우주국이 발표했다. 2007년 11월에는 전세계 물리학자 370명이 "블랙홀(Black holes)이 초고에너지 우주선(線, ultra high-energy cosmic rays)의 기원(source, origin)" 1)이라는 사실을 발견하더니, 이번에는 블랙홀의 거대 에너지가, 마치 성경의 요한계시록에서 천사가 나팔을 불면 정확하게 하늘에서 불덩어리와 별들이 떨어져 산과 바다와 강물과 해와 달을 파괴하듯이, 강력한 제트 에너지를 정확하게 근접 은하를 목표로 쏘아 대략 2,000 억 개의 별로 구성된 하나의 은하를 파괴한다는 사실이 발견된 것이다.

 
 
[목차]

 

1. 발견의 개요
2. 어디서 어떻게 일어났나?
3. 파괴력(Destructive force)?
4. 파괴력의 기본 성질은 무엇인가?
4. 지구의 운명은?
5. 나쁜 것만은 아니다. 죽음과 생성의 반복
6. 블핵홀은 항상 나쁜 아이가 아니다
7. 새로운 망원경 구축 사례 및 블랙홀의 역할 발견 사례
8. 은하계의 암흑물질에 관한 연구

 

 

1. 발견의 개요

 

과학자들은 블랙홀(천체우주물리학자들은 이를 우주의 나쁜 아이, Bad boys라 표현한다)의 분출이나 은하들의 충돌을 여러 번 목격했으나, 블랙홀의 에너지가 다른 은하를 '뚫어 파괴하는 장면'은 처음 보았다고 밝혔다. 또한 표적된 은하의 2,000억 개의 별들과 행성들 뿐만 아니라 이 제트 에너지 분출의 경로 안에 들어 있는 어떤 행성들도 이 파괴의 영향을 비켜갈 수 없을 것이라는 심오한 지식과, 그 결과 또 다른 새로운 별의 생성을 부추길 것이라는, 블랙홀의 융합과 분열에 따른 별/행성의 사멸과 생성이라는 중요한 우주철학을 알게 해주는 사건으로 과학자들은 해석하고 있다.

 

과학자들은 미항공우주국(NASA) 2)의 우주공간에 떠 있는 찬드라 X레이 망원경(Chandra X-ray Observatory) 3), 허블우주망원경(Hubble Space Telescope) 4) 그리고 스파이처우주망원경(Spitzer Space Telescope) 5) 지상에 있는 가장 커다란 망원경(Very Large Array (VLA) 6) 메르린 전파망원경(Merlin radio telescopes) 7) 이용해 이 위대한 장면을 포착했으며, 이번 발견은 조만간 The Astrophysical Journal 8) 발표될 전망이다.

 

2. 어디서 어떻게 일어났나?

 

이 놀라운 사건은 지구로부터 14억 광년(1.4 billion light-years, 1광년은 우리 태양 빛이 1년을 가는 거리) 떨어진 곳에 위치한 3C321라 불리는 은하 시스템에서 일어났는데, 이 시스템에는 두 개의 은하가 궤도를 그리며 서로를 돌고 있다가, 하나로 융합되는(merging) 과정이었던 것으로 추정된다.

 

모든 은하가 다 그런 것은 아니지만 우리 태양계가 속한 우리 은하(Galaxy, Milky Way)를 비롯해 대부분의 은하들은 그들의 은하 중심부에 거대한 블랙홀을 주인으로 모시고 있는 것으로 추정된다. 그리고 이 은하들 중 몇 개 정도가 중앙의 블랙홀에서 거대한 제트 에너지를 분출하는데, 이는 전파 은하들(radio galaxies)로 알려져 있다. 그 이유는 이들 제트 에너지 분출들은 바로 전파 파장(radio wavelengths)에서 볼 수 있기(visible) 때문이다. 예를 들어 X-선과 전파(radio), 광학(optical), 극자외선(ultraviolet) 등으로 관측하여 이를 합성한 영상들을 공개했다.

 

이번 발견은 바로 3C321 시스템 내의 두 개의 은하 중 상대적으로 큰 은하 - 이를 발견한 천문학자들은 이 은하를 "죽음의 사자 별 은하(death star galaxy)"라 이름을 붙임 - 의 중심부에 있는 블랙홀에서 제트 에너지 빔(광선)이 분출되었고, 불행하게도 상대적으로 작은 은하가 그 제트 에너지의 불의 경로(line of fire)에 놓이게 되었다.

 

3. 파괴력(Destructive force)?

 

망원경에 잡인 아주 밝은 몇 개의 영상들은 이 제트 분출이 작은 은하의 옆을 강타하고, 그 다음 제트 에너지들이 흩어져 사라지는 장면을 잘 보여주고 있다. 일단 작은 은하를 강타한 후 제트 에너지들은 방해를 받아 편향(빗나가고) 되고 있었다. 이 때 제트 에너지들은 빛의 속도로 달려 나와 광활한 우주 공간을 여행한다. 3C321 시스템 내의 제트 분출 에너지는 대략 그 가로의 크기가 1,000 광년 거리이며 아마도 200만 광년 거리까지 여행했을 것으로 보고 있다.

 

블랙홀에서 나온 빔은 고에너지 입자들(high energy particles)과 자기장으로 구성되어 있고, 이들은 엄청난 양의 방사선, 특히 X-선들과 감마선들을 생성하며 그 속도는 빛의 속도에 가깝다. 이 빔은 작은 은하 속의 수천 개 행성을 강타했다. 만일 그 행성들에 생명체가 존재했다면 모두 멸종(extinction)했을 것이라는 과학자들의 설명이다. 행성 대기 상층부(upper atmosphere)의 오존층(layers of ozone)이 모두 파괴되었을 것이기 때문이다.

 

"우리는 그간 블랙홀에 의해 생성되는 많은 제트 에너지 분출을 목격해왔습니다. 그러나 이번처럼 단 한번의 펀치로 다른 은하를 강타하여 파괴하는 것은 처음 보는 일입니다"라고 이번 연구를 주도한 매사추세츠주의 Cambridge 소재 Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics의 Dan Evans 박사는 말하고, "이 제트 에너지 분출은 이 작은 은하의 모든 생명체들을 파괴했을 것입니다"라고 말한다.

 

더욱이 방사선과 입자들로 융합된 그 파급 효과는 거의 빛의 속도로 달려 나가기 때문에 이 제트 에너지의 경로 안에 있는 지구와 같은 생명이 살고 있는 어떤 행성들도 이를 피할 수 없을 것으로 보고 있다.

 

4. 파괴력의 기본 성질은 무엇인가?

 

"아직도 이러한 제트 에너지들이 어떻게 작용하는지에 대해선 기본적으로 알고 있는 것이 없습니다"라고 이번 연구의 공동연구자이자 공동 논문 저자인 영국 University of Hertfordshire 대학의 Martin Hardcastle은 말한다. "우리는 이들 엄청난 파괴력의 분출 에너지들이 어떻게 블랙홀 근처에서 생성되는지 정확히 모릅니다. 무엇으로 만들어 졌으며 얼마나 빨리 이동하는지, 특히 시간과 어떻게 융합되는지 자세히 모릅니다. 따라서 이번 발견은 제트 에너지들이 내부에서 어떻게 작용하는지 하나의 통찰력을 주게 될 것이고 이를 바탕으로 앞으로 많은 연구가 필요합니다"라고 말한다.

 

블랙홀은 막대한 중력 때문에 빛까지도 빨아들이지만, 인접한 일부 물질들을 제트 형태로 분출하기도 하는데 이는 자기장의 효과 때문인 것으로 추정된다.

 

4. 지구의 운명은?

 

이번에 발견된 3C321 시스템에서의 작은 은하의 파괴는 어쩔 수 없는 것으로 보고 있다. 바로 두 은하는 약 2만 광년 거리의 아주 짧은 거리에 떨어져 있었는데, 이는 바로 우리 은하의 중심에서 지구까지의 거리와 대략 비슷하다. 따라서 만약 우리 은하의 중심부에 블랙홀이 있다면 우리 지구도 이와 비슷한 방법으로 최후의 운명을 맞이할 것으로 추측된다. 

 

5. 나쁜 것만은 아니다. 죽음과 생성의 반복

 

이번 발견으로 작은 은하의 모든 생명체가 다 죽었을 것으로 추정하지만 그 것이 꼭 나쁜 뉴스는 아니라는 점이다. 우주의 법칙은 바로 융합과 분열에 따라 죽음과 삶이 반복되기 때문이다. 일단 의도된 대로의 파괴가 완성되면 이는 바로 수많은 별들과 행성들의 새로운 삶으로 이어지기 때문이다.

 

"우리는 이 것을 죽음의 사자 별 은하라 부르지만, 그 마지막 과정은 바로 새로운 생명체의 탄생이라는 점입니다"라고 Hardcastle 박사는 말한다.

 

이번에 발견한 영상들을 보면 제트 분출이 시작되고 작은 은하를 강타하는 시간이 대략 1백만년 전에 일어난 것으로 보인다. 이 1백만년의 세월은 3C321 시스템의 라이프타임으로 보면 그저 눈 깜빡 할 사이(a blink of the eye)인데, 이는 아주 희귀한 천문 현상으로 앞으로 천문학자들이 연구해야 할 중요한 기회를 제공하고 있다.

 

6. 블핵홀은 항상 나쁜 아이가 아니다

 

그렇다고 위의 3C321 시스템에서처럼 블랙홀이 항상 주변의 별이나 은하를 파괴하거나 끌어들여 먹어치우는 것은 아니다. 예를 들어 Sagittarius A Star라 알려진 별에서는 하나의 블랙홀이 우리 은하계 중심부에서 소용돌이 치고 있는데, 이 블랙홀은 악적인 행동을 하는 것이 아니다. 블랙홀에서 나온 제트 에너지들은 젊은 별들을 파괴하거나 먹어 치우는 것이 아니라 젊은 별들이 더욱 잘 자랄 수 있도록 에너지를 공급하고 보호하고 있다는 사실이다.

 

이러한 정황으로 보아서 블랙홀은 죽음과 생성에 관여하고 있는 것이 분명하다. 다만, 역할이 끝나 죽어야 하는 행성-별로 구성된 은하들은 파괴하거나 먹어치워 융합시키고, 그 다음 새롭게 생성된 행성-별로 구성된 은하들은 역할을 다하고 운명이 끝날 때까지 에너지를 공급하고 보호한다는 사실이다.

 

 

[왼쪽 아래의 은하 중심부에 위치한 블랙홀에서 나온 입자 제트가 오른쪽 위 작은 은하의 경계 부분을 강타하고 있다.

X-선과 전파(radio), 광학(optical), 극자외선(ultraviolet) 등으로 관측하여 이를 합성(composite)한 영상.

사진 : 미항공우주국의 보도 자료]

 

[이상의 내용을 그림으로 설명한 사진. 사진 : 미항공우주국의 보도 자료]

 

7. 새로운 망원경 구축 사례 및 블랙홀의 역할 발견 사례

 

[우주線의 비밀 풀리나, 17개국 370명의 연구진 "블랙홀(Black holes)이 초고에너지 우주선(線, ultra high-energy cosmic rays)의 기원(source, origin)" 이라는 지식을 발견, 2007년 11월 9일 사이언스지에 발표한 "초고에너지 우주선과 근처 외부은하 물질과의 상관관계(Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects)" 라는 논문을 발표, 빛(light) 대신 우주선(cosmic rays)베이스의 천문학 시대 열어, 앞으로 더욱 고성능의 망원경이나 위성을 이용하면 우리 은하계(G)를 에워싼 12개의 난장이 은하계들(galaxies, dwarf galaxies)의 블랙홀과 암흑물질을 밝혀 낼 것으로 기대)(Clue to cosmic rays discovered(16/Nov/2007), 02378-SPA]

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/SPA/1365.html

 

 

[영국 및 미국 천문학자들, 블랙홀의 바람 속에서 먼지를 찾아내다. 80억 광년 떨어진 쿼사(quasar)라 불리는 블랙홀에서, 새롭게 만들어진 우주 먼지들이, 블랙홀의 바람에 의해 밖으로 뿜어져 나와, 이들 먼지들은 모래, 유리, 루비, 사파이어, 행성, 생명체를 만드는 근원으로 우주의 초기 생성을 밝히는데 중요한 실마리를 제공, 우주를 지배하는 힘은 바로 풍력인 바람(Astronomers find dust in the wind of black holes(24/Oct/2007), 02362-SPA]

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/SPA/1345.html

 

 

[우주생성의 기원인 최초의 별과 은하를 찾아라. 전세계 17개국으로 구성된 세계에서 가장 커다란 전파 망원경인 Square Kilometre Array(SKA) 구축, 총 10억 파운드(15억 유로)의 비용으로 2012년부터 구축하기 시작하여 2020년 가동 계획, 총 1,000여 개의 안테나로 구성, 인간의 우주지식을 확장(Largest telescope plans unveiled(23/Oct/2007), 02361-SPA]

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/SPA/1344.html

 

 

[외계인이나 외계생명(alien life)을 찾아라. 폴 알렌(Paul Allen)이 지원하는 세계에서 가장 커다란 Allen Telescope Array(ATA) 망원경 작동 시작, 향후 350개의 안테나가 작동되면 2025년까지 외계인의 생명을 찾을 수 있어, 이 망원경은 기존 Seti 프로젝트 팀이 운영(Skies to be swept for alien life(22/Oct/2007), 02360-SPA]

 

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/SPA/1343.html

 

 

8. 은하계의 암흑물질에 관한 연구

 

[영국 캠브리지 대학의 천문학자들, 은하계의 암흑물질(Dark matter)의 물리적 특성을 세계 최초로 관측하여 측정하는데 성공, 그간 암흑물질은 관측된 우주배경복사의 흑체복사(Blackbody radiation) 온도가 절대온도 2.7K(영하 270.3도)의 냉혹한 차가운 물질이라고 믿었지만, 이번 측정에서 10,000도임이 밝혀졌으며, 이 암흑물질 입자(바리온의 중입자)들은 초속 9Km로 움직여, 우리 은하계(G)를 에워싼 12개의 은하계들(galaxies)들의 전체 물질은 태양의 물질(빛)보다 무려 3,000만 배나 큰 물질임이 밝혀져, 지구상에서 가장 큰 칠레(Chile)에 위치한 VLT(Very Large Telescope) 망원경을 이용하여 항성들의 움직임을 통해 암흑물질의 존재를 추적하여 정확하게 측정하는데 성공(Dark matter comes out of the cold, Astronomers have for the first time put some real numbers on the physical characteristics of dark matter(19/Dec/2006), 02230-SPA]

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/SPA/1100.html

 

 

[2006년 노벨물리학상, “우주 초단파(마이크로웨이브) 배경복사의 이방성(異方性)과 흑체(黑體) 형태의 발견(for their discovery of the blackbody form and anisotropy of the cosmic microwave background radiation)" 공로를 인정해 미국 NASA의 John C. Matter(1946~)와 UC Berkeley 대학의 George F. Smoot(1945~)를 노벨물리학상 수상자로 선정, 2006년 10월 3일 발표, 1989년 미국 NASA가 발사한 우주배경복사 탐사선 ‘코브(COBE) 위성’에서 보내온 매우 상세한 관찰결과를 이용해 현대 우주론(cosmology)을 정밀과학(precise science)으로 발전시키는 데 크게 이바지, 별(stars) 및 은하(galaxies) 형성 기원 이해 기여, 이들의 연구로 ‘빅뱅(Big Bang)론’이 강력한 지지기반을 얻게 됐다고 평가(23/Oct/2006), 02217-SPA]

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/NOB/1334.html

 

 

[Part I(1-5).1880년 7월 3일 미국의 발명왕 토머스 에디슨이 창간한 유서깊은 과학전문지 美 사이언스지 2005년 7월 1일자 창간 125 주년 기념호에서, 인간이 풀지 못한 125개의 주요 문제(big questions) 중 앞으로 25년 안에 인간이 풀어 낼 ‘과학적 수수께끼 25개(25 Big Questions)' 선정, 이중 1-5번 문제 소개(The Top 25 Essays by our news staff on 25 big questions facing science over the next quarter-century(18/Jul/2005), 02104-TRM]

http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/TRM/973.html

 

 

[소스]

 

[동영상 보기-Animation of 3C321(02400-04-2007-SPA-01-K), Multiwavelength Images of 3C321(02400-05-2007-SPA-01-K), Comparison of 3C321 Composite to Artist's Illustration(02400-06-2007-SPA-01-K)]
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/3c321/animations.html#3c321_anim1

[Chandra-Black Hole Fires at Neighboring Galaxy(17/Dec/2007)]
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/3c321/

[NASA-'Death Star' Galaxy Black Hole Fires at Neighboring Galaxy(17/Dec/2007)]
http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/07-139.html

[NASA-'Death Star' Galaxy Black Hole Fires at Neighboring Galaxy(17/Dec/2007)]
http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/main/index.html

[BBC-Black hole 'bully' blasts galaxy(17/Dec/2007)]
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7148671.stm

 

키워드 : 블랙홀, 은하, Black hole 'bully' blasts galaxy, 제트(Jet) 에너지 분출, 행성, 블랙홀의 융합과 분열, 거대한 블랙홀(supermassive black hole), 입자, 은하의 파괴, 찬드라 X레이 망원경(Chandra X-ray Observatory), 허블우주망원경(Hubble Space Telescope),  스파이처우주망원경(Spitzer Space Telescope), 가장 커다란 망원경(Very Large Array (VLA), 메르린 전파망원경(Merlin radio telescopes), 3C321, galaxy, Milky Way, Earth, Bad boys, 죽음의 사자 별 은하(death star galaxy)

 

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1) http://www.studybusiness.com/dir/dir/Download/SPA/1365.html
2) http://www.nasa.gov/
3) http://chandra.harvard.edu/
4) http://hubblesite.org/
5) http://www.spitzer.caltech.edu/
6) http://www.vla.nrao.edu/
7) http://www.merlin.ac.uk/
8) http://www.journals.uchicago.edu/toc/apj/current
 
<출처> 스카이벤처 작성자: 차원용