대마젤란운에는 천문학자들이 그 근원에 대해 곤혹스러워하는 이상한 감마선 방출기가 있습니다. 그것은 시스템의 일부인 소형 물체를 생성한 초신성이 남긴 재 안에 있습니다. 초신성 잔해는 방출을 설명하는 증거를 제공하지만 전체 이야기는 아닙니다.
그래서 일본 두 대학의 연구팀은 LMC P3라는 물체를 자세히 살펴보기로 결정했습니다. 감마선을 추적하는 대신 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array)를 사용하여 물체를 관찰했습니다. 이것은 하늘에 있는 물체에 대한 매우 상세한 전파 보기를 제공하는 일련의 전파 망원경입니다. ALMA는 LMC P3 주변 지역의 차가운 구름에 근접한 일산화탄소(CO) 분자의 무선 방출에 중점을 두었습니다. 이것은 은하계 외부에서 발견된 몇 안 되는 물체 중 하나이며, 천문학자들은 이를 마이크로퀘이사라고 불렀습니다. 그것은 거대한 O형 별과 블랙홀이나 중성자별의 존재로 설명될 수 있는 밀집된 물체로 구성되어 있습니다.
기후 대학의 팀 리더인 Bhuvana Gadikere Rajendra와 함께 일한 나고야 대학의 천문학자 후쿠이 야스오(Yasuo Fukui)에 따르면, 그들이 LMC P3에서 발견한 것은 특이합니다. 후쿠이는 “우리는 거대한 분자 제트를 발견했습니다. 제트는 26광년의 공간에 걸쳐 뻗어 있는 분자 가스로 구성됩니다. 참고로 밝은 별 베가(Vega)는 우리로부터 25광년 떨어져 있기 때문에 제트기는 우리와 그 별을 아주 쉽게 연결해 줄 것입니다.
이상한 점은 분자 제트 자체가 (우리 기준으로는) 차갑지만 천체 물리학적으로는 약 35~60 켈빈의 온도로 “가열”된다는 것입니다. 비교해 보면, 이는 주변 가스의 15켈빈보다 따뜻하지만 여전히 매우 차갑습니다. 이러한 온도 차이는 가스가 다른 제트와 상호 작용하고 있음을 의미합니다. 이는 감마선 방출에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 가진 근처의 소형 물체에서 나오는 고에너지 입자 흐름입니다. 그 물체는 그 일을 할 수 있는 에너지를 가지고 있는 마이크로 퀘이사로 밝혀졌습니다.
마이크로 퀘이사는 방출을 설명합니다
마이크로 퀘이사는 흥미로운 물체입니다. 그들은 실제로 두 개의 물체, 즉 항성질량 블랙홀 또는 동반성과 결합된 중성자별로 구성됩니다. 블랙홀은 끊임없이 별로부터 물질을 빨아들이고, 이로 인해 블랙홀 주위에 소용돌이치는 강착원반이 생성됩니다. 이는 X선 및 감마선 방출로 이어지는 상당히 에너지적인 상호작용입니다. 또한 거의 광속에 가까운 속도로 이동하는 고속 제트를 생성합니다. 이 퀘이사는 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀 주변의 매우 활동적인 영역인 더 작은 유형의 퀘이사이기 때문에 마이크로 퀘이사라고 불립니다.
Fukui는 분자 구름의 많은 부분에서 관찰된 상대적으로 높은 온도로 인해 가스가 소형 물체에서 나오는 고에너지 제트와 상호 작용하고 있다는 매우 강력한 사례가 된다고 말했습니다. 이는 정확히 LMC P3의 감마선에 전력을 공급할 수 있는 종류의 제트입니다. 이는 또한 그 물체가 초신성 폭발로 거대 질량의 별이 붕괴하면서 남은 잔존물인 블랙홀이라는 생각을 더욱 돋보이게 합니다.
두 가지 경쟁 이론 풀기
이 발견 이전에 과학자들은 배출에 전력을 공급할 수 있는 것에 대해 두 가지 경쟁 이론을 가지고 있었습니다. 하나는 펄서 바람이 방출을 일으켰을 수 있다는 것입니다. 이는 물체가 회전할 때 맥동하는 에너지 입자 흐름을 내보내는 펄서여야 함을 의미합니다. 중성자별은 초거대 별이 붕괴할 때 생성되지만, 그 뒤에는 도시 크기 정도의 공간에 중성자만 빽빽하게 들어차 있는 별의 잔해가 남아 있습니다.
또 다른 이론은 그 물체가 실제로 마이크로퀘이사라는 것이다. 새로 발견된 “차가운” 제트의 발견은 이 밀집 물체가 강착 원반을 형성하기 위해 동반성으로부터 물질을 끌어들이는 항성질량 블랙홀이나 중성자별일 수 있음을 강력하게 시사합니다. 블랙홀은 중성자별보다 더 강력한 제트를 추진하기 때문에 LMC P3의 감마선 방출이 특히 높다는 사실은 ALMA가 발견한 신호의 마이크로 퀘이사 기원을 가리키는 스모킹 총입니다. 후쿠이는 “이것은 중심 물체가 블랙홀일 가능성을 매우 강력하게 뒷받침한다”고 말했다.
ALMA가 질문에 답변하고 포즈를 취합니다.
LMC P3 물체는 매우 강력한 감마선 방출로 인해 2016년에 처음 발견되었습니다. 이는 은하수 밖에서 발견된 최초의 것이기도 하다. 처음부터 천문학자들은 그것이 X선 쌍성이라고 의심했고, 찬드라 X선 관측소의 연구 결과가 이를 확인한 것 같았습니다. 그런 다음 FERMI 망원경이 그것을 관찰하고 물체에서 방출되는 감마선 방출에서 10.3일의 기간을 발견했습니다. 이는 제트기를 포함한 다양한 아이디어를 제안했습니다.
ALMA를 이용한 상세한 관찰은 주변 가스 구름에 초점을 맞춰 “차가운” 제트가 흘러나오는 것을 발견했습니다. 이는 그러한 제트기의 “발사 메커니즘”에 대한 의문을 제기했습니다. 연구진은 관측 결과를 발표한 논문에서 다음과 같이 썼습니다. “우리는 고온이 감마선 쌍성에 의해 구동되는 마이크로퀘이사 제트의 충격 가열로 인한 것이라고 해석합니다. 여기서 소형 물체는 O별 바람에 의해 공급되는 강착 원반을 가지고 있습니다. CO 제트는 자기유체역학 시뮬레이션의 기존 예측과 일치하며, 이는 CO 제트가 마이크로퀘이사 제트와 주변 성간 매체(ISM) 구름의 상호 작용으로 형성될 수 있음을 보여줍니다. 이러한 결과는 CO 제트가 다음과 같은 강력한 증거를 제공합니다. 마이크로퀘이사 제트에 의해 조각된 특징은 감마선 기원인 LMC P3의 대량 강착을 뒷받침합니다.
이번 발견은 고에너지 방출과 이를 제공하는 물체에 대한 연구에 중요한 천체물리학적 의미를 갖습니다. 최초로 발견된 마이크로퀘이사인 SS 433과 같은 물체에 대한 지속적인 연구와 함께 LMC P3와 같은 발견은 소형 물체의 작용과 주변 물체와의 상호 작용에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
자세한 내용은
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