4.5일마다 폭발하는 블랙홀, 다중 관측으로 풀린 반복 플레어의 비밀

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• 블랙홀 ‘안스키’, 4.5일 주기로 반복되는 X선 폭발 관측
• 반복 플레어, 블랙홀 원반을 관통하는 저질량 천체가 원인

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4.5일마다 규칙적으로 폭발하는 블랙홀이 있다. ‘안스키(Ansky)’라 불리는 이 블랙홀 시스템은 지금까지 관측된 그 어떤 QPE보다 강력한 X선을 반복적으로 방출하고 있다. NASA와 국제 연구진은 다중 우주망원경 데이터를 종합 분석해, 이 폭발이 블랙홀 주변 가스 원반을 저질량 천체가 주기적으로 관통하며 일어나는 충돌 현상임을 확인했다.

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규칙적인 폭발, 충돌로 인한 고에너지 방출

이번 연구에서 관측된 현상은 ‘준주기적 폭발’이라 불리며, 일반적인 플레어와 달리 정해진 간격으로 반복되는 것이 특징이다. NASA의 NICER(국제우주정거장 탑재 X선 망원경)와 ESA의 XMM-뉴턴, 스위프트, 찬드라 위성 등이 활용됐다.

 

 

 

‘안스키(Ansky)’로 불리는 특이한 블랙홀 시스템은 지금까지 관측된 것 중 가장 강력한 X선 플레어를 주기적으로 방출하고 있다. 과학자들은 이 현상이 블랙홀 주변에서 실시간으로 벌어지는 우주 충돌의 징후일 수 있으며, 향후 중력파 연구의 중요한 단서를 제공할 가능성이 있다고 보고 있다.

[사진=SciTechDaily.com]

 

 

관측 결과, 안스키 블랙홀은 지구에서 약 3억 광년 떨어진 처녀자리 은하 중심에 있으며, 4.5일마다 약 1.5일간 지속되는 강력한 X선 폭발을 일으킨다. 이 폭발은 블랙홀 주위를 공전하는 작은 천체가 가스 원반을 통과하면서 고온의 가스를 빠르게 밀어내기 때문에 발생한다.

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이때 방출되는 물질은 목성의 질량에 가까우며, 팽창 속도는 빛의 15%에 달한다. 뜨거운 가스가 빠르게 퍼져나가면서 방출하는 강한 X선이 바로 QPE다.

 

 

 

2025년 1월 16일, 우주 유영 중 촬영된 이 ‘우주 셀카’에는 NASA 우주비행사이자 72차 ISS 탐사 임무의 비행 엔지니어 닉 헤이그(Nick Hague)의 헬멧 바이저에 NICER X선 망원경이 반사되어 보인다.

[사진=NASA]

 

 

중력장의 왜곡, 반복되는 궤도 충돌의 근거

이 작은 천체의 궤도는 완전한 원이 아니라 타원형이며, 블랙홀의 중력은 주변 시공간을 왜곡시켜 궤도를 매번 조금씩 비틀어 놓는다. 이로 인해 같은 경로를 반복하지 않고 일정한 간격으로 원반과 충돌하게 된다.

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일반적인 QPE 천체는 블랙홀과 가까운 거리에서 짧은 주기의 플레어를 일으키는 반면, 안스키는 비교적 먼 거리에서 큰 원반을 따라 공전하면서 더 길고 강력한 폭발을 반복한다.

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NICER는 국제우주정거장에서 하루 평균 16회 이상 안스키를 관측했고, 이를 통해 폭발 전후의 X선 세기 변화와 물질의 팽창 속도, 온도 등을 연속적으로 추적할 수 있었다. 이번 관측은 단순한 플레어의 발견을 넘어, 폭발의 시간적 구조와 진화를 상세하게 기록한 최초의 사례로 평가된다.

 

 

 

이 이미지 중앙의 은하에 위치한 블랙홀 시스템 ‘안스키(Ansky)’는 최근 준주기적 폭발(Quasi-Periodic Eruptions)이 발견된 천체다.

[사진=Sloan Digital Sky Survey]

 

 

연구진은 이 시스템이 앞으로 유럽우주국(ESA)의 중력파 관측 임무 ‘LISA’의 주요 타깃이 될 것으로 보고 있다. 극단적인 질량 차이를 가진 천체들이 중력파를 방출하며 점차 병합하는 과정에서, QPE와 같은 현상은 중력파 발생의 전조로도 간주될 수 있다. 이번 관측은 멀티메신저 천문학 시대에 중요한 이정표로 기록될 전망이다.

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중력파 시대를 위한 탐사, QPE 연구의 다음 단계

안스키의 관측은 단순히 블랙홀 주변의 폭발 현상을 이해하는 데 그치지 않는다. 연구진은 이를 향후 중력파 탐사를 위한 기반 연구로 보고 있다. 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(NASA)이 공동으로 준비 중인 레이저 간섭계 우주 안테나(Laser Interferometer Space Antenna, LISA)는 질량 차이가 극단적으로 큰 두 천체, 예를 들어 블랙홀을 도는 저질량 천체로 구성된 쌍성계에서 방출되는 중력파를 탐지하는 것을 목표로 한다.

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이러한 쌍성계는 기존의 중력파 관측 장비로는 검출이 어려울 만큼 미약한 신호를 방출하지만, QPE처럼 반복되는 X선 폭발은 해당 시스템의 구조와 진화를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다. 이번 안스키 관측은 이와 같은 계의 동역학을 설명하는 모델을 발전시키는 데 기여하며, LISA가 본격적으로 가동되기 전에 필요한 전자기파 기반 예측 연구의 핵심 자료가 된다. LISA는 2030년대 중반 발사가 예정돼 있다.

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논문의 제1저자인 조힌 차크라보르티는 지금은 QPE 연구의 초기 단계이며, 배워야 할 것이 많다고 말했다. 연구팀은 안스키의 폭발 패턴이 얼마나 오랜 기간 지속되는지를 관측하며, QPE가 나타내는 천체 물리 현상의 일반성을 더 넓은 샘플을 통해 검증할 계획이다.

 

 

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