천문학자들은 천천히 형성되었을 수 있는 블랙홀을 식별합니다

천문학자들 사이의 일반적인 통념은 블랙홀(빛조차 빠져나올 수 없을 만큼 강력한 중력을 지닌 매우 밀도가 높은 물체)이 거대하게 죽어가는 별의 초신성이라고 불리는 격렬한 폭발로 형성된다는 것입니다. 그러나 일부는 더 온화한 방식으로 태어날 수도 있습니다.

연구자들은 죽음의 고통 속에서 큰 별의 핵이 붕괴되면서 생성된 것으로 보이지만 일반적인 폭발은 발생하지 않은 블랙홀을 확인했습니다. 두 개의 보통 별에 중력적으로 묶여 있는 것으로 관찰되었습니다.

블랙홀은 이전에 쌍성계라고 불리는 다른 별 하나 또는 다른 블랙홀과 함께 공전하는 것이 목격되었습니다. 그러나 이것은 블랙홀과 두 개의 별이 있는 삼중계의 알려진 최초의 사례입니다.

이 시스템은 백조자리 방향으로 지구에서 약 7,800광년 떨어진 곳에 위치해 있습니다. 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로, 9.5조km(5조9000억 마일)입니다.

V404 백조(Cygni)라고 불리는 이 블랙홀은 1992년 확인된 이후 광범위하게 연구되어 왔습니다. 이전에는 이 블랙홀이 단 하나의 별과 함께 궤도를 돌고 있다고 믿어졌지만, 유럽 우주국의 가이아 우주 관측소의 데이터에 따르면 대신 두 개의 동반성이 있는 것으로 나타났습니다.

연구원들은 우리 태양보다 질량이 9배 더 큰 것으로 추정되는 블랙홀이 동료 별 중 태양보다 질량이 약 7/10인 별 하나를 잡아먹고 있다고 말했습니다. 그 별은 지구와 태양을 분리하는 거리의 약 7분의 1에 불과한 거리에서 6-1/2일마다 블랙홀 주위를 공전합니다.

블랙홀은 자연적인 노화 과정의 일부로 적색 거성 단계라고 불리는 단계에서 부풀어 오른 이 별에서 물질을 빨아들이는 것으로 보입니다.

연구자들은 태양보다 질량이 약 1.2배 더 큰 별을 발견했지만, 지구와 태양을 분리하는 거리보다 3,500배 더 큰 거리에서 70,000년마다 이 두 별을 공전하고 있습니다.

연구자들이 블랙홀의 부드러운 탄생 과정을 의심하는 이유는 간단합니다. 만약 블랙홀이 된 별이 폭발했다면 삼중계가 깨졌을 것이라는 것이다.

블랙홀은 큰 별이 핵의 핵연료를 모두 소모하고 자체 중력으로 인해 안쪽으로 붕괴되어 외부 층이 우주로 날아가는 엄청난 폭발을 촉발할 때 형성되는 것으로 생각됩니다. 그 결과로 부서진 핵이 블랙홀을 형성합니다.

그러나 일부 천문학자들은 별이 모든 연료를 소모한 후 함몰되지만 폭발하지 않는 “직접 붕괴”라고 불리는 블랙홀 형성의 또 다른 경로를 제안했습니다.

“우리는 이러한 사건을 ‘실패한 초신성’이라고 부릅니다. 기본적으로 중력 붕괴는 초신성이 촉발되기에는 너무 빨리 작용하여 그 대신 내파를 겪게 됩니다. 이는 매우 극적이고 멋진 것처럼 들리지만 어떤 물질도 방출하지 않는다는 점에서 ‘부드럽습니다’라고 매사추세츠는 말했습니다. Institute of Technology의 천문학자 Kevin Burdge는 Nature 저널에 발표된 연구의 주요 저자입니다.

연구자들은 이 삼중계의 구성원들이 약 40억년 전에 보통 별들로 처음 형성되었다고 추정했습니다.

“블랙홀이 태어날 때의 발차기로 태어났다면 삼중계는 살아남지 못했을 것입니다. 따라서 이 발견은 적어도 일부 블랙홀이 발차기 없이 형성된다는 것을 말해줍니다. 이는 폭발적인 초신성이라기보다는 조용한 내파를 의미합니다.”라고 Caltech 천문학자는 덧붙였습니다. 연구 공동 저자인 Kareem El-Badry.

블랙홀이 더 가까운 이웃을 잡아먹고 있다는 점을 고려하면 이 시스템에는 영원히 세 명의 구성원이 있을 수 없습니다. 이는 블랙홀과 일반 별이 있는 일부 알려진 쌍성계가 원래 삼중계로 형성되었을 수 있지만 블랙홀이 파트너 중 하나를 삼키게 되었을 수도 있음을 시사합니다.

“사람들은 실제로 블랙홀 바이너리가 대부분 삼중 진화를 통해 형성될 수 있다고 예측했지만 지금까지 직접적인 증거는 없었습니다.”라고 El-Badry는 말했습니다.