얇은 공기에서 블랙홀을 만드는 방법

이 우주를 떠나는 방법은 몇 가지입니까?

아마도 가장 유명한 감독은 스타의 죽음을 수반할 것이다. 1939년 물리학자 J. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 로버트 오펜하이머와 그의 학생 하틀랜드 스나이더는 충분히 질량이 큰 별에 열핵 연료가 고갈되면 안쪽으로 붕괴하고 계속해서 영원히 붕괴하면서 공간, 시간, 공간이 줄어든다는 사실을 발견했습니다. 빛은 스스로를 오늘날 블랙홀이라고 부르는 것으로 변합니다.

그러나 블랙홀을 형성하는 데 죽은 별이 필요하지 않을 수도 있다는 것이 밝혀졌습니다. 대신, 적어도 초기 우주에서는 거대한 원시 가스 구름이 수백만 년의 별 지위를 우회하여 블랙홀로 직접 붕괴되었을 수 있습니다.

이는 빅뱅 직후의 빛의 얼룩인 UHZ-1을 연구하는 천문학자 그룹이 최근 도달한 잠정적인 결론입니다. 실제로 UHZ-1은 우주의 나이가 5억년도 되지 않았던 132억년 전 초대질량 블랙홀에서 불과 X선을 발사한 강력한 퀘이사였습니다.

우주론적으로 보면 이것은 별의 붕괴와 합병을 통해 초거대 블랙홀이 존재할 수 있기 때문에 매우 가깝습니다. 예일대 천문학자 프리얌바다 나타라잔(Priyamvada Natarajan) Asphysical Letters 저널에 게재된 논문그녀와 그녀의 동료들은 UHZ-1에서 초거대 블랙홀 은하 또는 OBG라고 부르는 새로운 유형의 천체를 발견했음을 확인했습니다. 그 중심에 있는 OBG는 매우 빠르게 커진 블랙홀에 의해 고정된 젊은 은하입니다. .

이 초기 퀘이사의 발견은 천문학자들이 수십 년 동안 수수께끼로 남아 있던 관련 미스터리를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 현대 우주에서 눈으로 볼 수 있는 거의 모든 은하는 그 중심에 태양 질량의 수백만 또는 수십억 배에 달하는 초대질량 블랙홀을 포함하고 있는 것으로 보입니다. 그 괴물들은 어디서 왔는가? 평범한 블랙홀이 그렇게 빨리 성장할 수 있을까요?

나타라잔 박사와 그녀의 동료들은 UHZ-1과 아마도 많은 초거대 블랙홀이 원시 구름에서 시작되었다고 제안합니다. 이 구름은 거대한 블랙홀 은하의 성장을 시작하기에 충분할 정도로 조기에 무거운 입자로 붕괴되었을 수 있습니다. 이는 우리가 보는 우주가 보이지 않는 어둠의 기하학에 의해 지배된다는 사실을 상기시켜 줍니다.

나타라잔 박사와 동료들은 “최초의 OBG 후보인 UHZ-1은 초기 우주의 직접적인 붕괴로 인해 무거운 원시 종자가 형성되었다는 강력한 증거를 제공한다”고 썼다. “자연은 여러 가지 방법으로 BH 씨앗을 생성하는 것 같습니다.” 그녀는 이메일에서 “단순히 별의 죽음을 넘어서는 것입니다!”라고 덧붙였습니다.

블랙홀을 연구하는 시카고 대학의 이론가 다니엘 홀츠(Daniel Holz)는 “브리아는 사실이라면 매우 흥미로운 블랙홀을 발견했습니다.”라고 말했습니다.

이어 그는 “너무 크고 너무 이르다. 마치 유치원 교실을 들여다보는 것과 같습니다. 5세 어린이 중에 키가 150파운드 및/또는 6피트인 어린이가 있습니다.

이야기에 따르면 천문학자들은 우주의 진화에 대해 계속해서 스스로에게 이야기하고 있는데, 최초의 별은 빅뱅에서 남겨진 수소와 헬륨 구름에서 응축되었습니다. 그들은 뜨겁고 빠르게 타오르며 빠르게 폭발하고 붕괴하여 태양 질량의 10~100배에 달하는 블랙홀을 형성했습니다.

영겁의 세월에 걸쳐, 이전 별들의 재로부터 다음 세대의 별들이 형성되어 우주의 화학적 성질을 풍부하게 했습니다. 그들의 죽음으로 인해 남겨진 블랙홀은 어떤 방식으로든 계속 합쳐지고 성장하여 은하 중심에 초대질량 블랙홀을 형성했습니다.

2년 전 이번 크리스마스에 발사된 제임스 웹 우주 망원경은 이 아이디어를 테스트하기 위해 설계되었습니다. 직경이 21피트에 달하는 우주에서 가장 큰 거울을 갖고 있습니다. 가장 중요한 점은 우주에서 가장 멀리 떨어져 있고 따라서 가장 오래된 별의 빛에서 방출되는 적외선 파장을 기록하도록 설계되었다는 것입니다.

그러나 새로운 망원경이 하늘을 가리키자 우주론자들의 기대를 뛰어넘을 만큼 거대하고 밝은 새로운 은하계를 볼 수 있었습니다. 지난 2년 동안 이러한 관측이 실제로 오랜 우주 모델을 위협하는지에 대한 논쟁이 격렬해졌습니다. 이 모델은 우주가 눈에 보이는 물질의 흔적, 은하를 서로 묶는 중력을 제공하는 놀라운 양의 “암흑 물질”, 그리고 이러한 은하를 밀어내는 “암흑 에너지”로 구성되어 있다고 설명합니다.

UHZ-1의 발견은 이러한 논의의 변곡점을 나타냅니다. 조각가 별자리에 있는 거대한 은하단에 대한 제임스 웹 우주 망원경을 통한 미래의 관측을 준비하기 위해 Natarajan 박사의 팀은 NASA의 찬드라 X선 관측소에서의 시간을 요청했습니다. 성단의 질량은 중력 렌즈 역할을 하여 성단 뒤에 있는 물체를 시공간적으로 확대합니다. 연구자들은 렌즈가 보는 모든 것을 엑스레이로 엿볼 수 있기를 바랐습니다.

그들이 발견한 것은 태양 질량의 약 4천만 배에 달하는 초대질량 블랙홀에 의해 구동되는 퀘이사였습니다. 웹 망원경(Webb Telescope)의 추가 관측으로 이 별이 132억 광년 떨어져 있음이 확인되었습니다. (조각가 클러스터는 약 35억 광년 떨어져 있습니다.) 이는 우주에서 발견된 퀘이사 중 가장 멀고 오래된 퀘이사였습니다.

하버드-스미스소니언 천체물리학 센터의 아코스 보그단(Akos Bogdan)은 보도자료에서 “이 놀라울 정도로 멀리 떨어진 은하계를 찾으려면 웹이 필요했고, 초거대 블랙홀을 찾으려면 찬드라가 필요했다”고 말했다. “우리는 또한 우리가 감지한 빛의 양을 향상시키는 우주 돋보기를 활용했습니다.”

연구 결과에 따르면 초대질량 블랙홀은 빅뱅 이후 4억7천만년 후에 존재했다는 사실이 밝혀졌다. 태양 질량의 10~100배에 달하는 1세대 별이 생성한 블랙홀이 그렇게 커질 수 있을 만큼 충분한 시간이 아닙니다.

더 큰 블랙홀이 형성되는 다른 방법이 있었나요? 2017년 나타라잔 박사는 원시 가스 구름의 붕괴로 인해 태양보다 10,000배 더 큰 블랙홀이 탄생할 수 있다고 제안했습니다.

홀츠 박사는 “그런 다음 그 중 하나가 나중에 자라서 이 작고 초기의 거대 블랙홀을 형성하는 것을 상상할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 그 결과, 그는 “우주 역사상 이후의 모든 순간에는 항상 놀랄 만큼 큰 블랙홀이 있을 것”이라고 지적했습니다.

나타라잔 박사는 “이러한 물체가 초대질량 생명체에서 시작한다는 사실은 이들이 결국 초대질량 블랙홀로 진화할 가능성이 높다는 것을 의미한다”고 말했다. 그러나 그것이 어떻게 작동하는지 아무도 모릅니다. 블랙홀은 초기 퀘이사별 UHZ-1 질량의 10%를 차지하는 반면, 블랙홀의 질량이 6.5질량인 거대 은하 메시에 87과 같은 현대 은하의 질량은 1000분의 1 미만을 차지합니다. 2019년 이벤트 호라이즌 망원경(Event Horizon Telescope)으로 이미지를 촬영했을 때 태양 질량은 10억 개입니다.

이는 복잡한 환경 피드백의 영향이 이들 은하와 블랙홀의 성장과 진화를 지배하여 별과 가스에 더 많은 질량을 축적하게 한다는 것을 시사합니다.

Natarajan 박사는 “사실 이러한 초기 OBG는 후속 성장 및 발달보다는 종자의 물리학에 대한 더 많은 정보를 전송하고 조명하고 있습니다.”라고 말했습니다. “비록 그것이 중요한 의미를 갖고 있기는 하지만” 그녀는 덧붙였습니다.

“지금 일어나고 있는 일이 실제로 일어난다면 정말 좋겠지만 실제로는 모르겠습니다”라고 Holz 박사는 말했습니다. 그는 “초기 대형 블랙홀의 미스터리가 어떻게 풀리든 간에 흥미로운 이야기가 될 것”이라고 덧붙였다.