국제 공동연구진이 지구에서 약 2만8000 광년 떨어진 은하 중심에서 불꽃놀이처럼 물질과 에너지를 뿜어내는 분출구를 발견했다.

유럽우주국(ESA) ‘XMM-Newton’은 은하계 중심을 측량, 우리 은하 초대질량 블랙홀 부근 ‘페르미 버블(Fermi bubble)’에서 두 개의 ‘굴뚝’ 형상을 찾았다. 페르미 버블은 NASA의 페르미 감마선 망원경에 의해 2010년에 발견됐다. 은하 중심부에서 약 5만 광년에 걸쳐있는 거대한 모래시계 모양이다.

XMM-Newton은 우리 은하의 중심에 있는 밝고 작은 전파원인 궁수자리A*에서 바깥쪽으로 흐르는 고온의 X선 방출 채널을 발견, 마침내 블랙홀과 페르미 버블을 직접적으로 연결했다.

독일 가칭(Garching)의 막스플랑크 외계물리연구소와 이탈리아 천체물리연구소 가브리엘 폰티(Gabriele Ponti)는 “우리는 2016 년과 2018년 사이에 XMM-Newton이 수집한 데이터를 사용해 은하수의 중심부 가장 광범위한 X 선지도를 형성했다”고 밝혔다.

credit:ESA.

이 지도는 각각 수 백 광년 뻗어있는 과열된 가스 흐름들이 은하계의 위아래로 흘러 드는 것을 제시했다. 과학자들은 이것이 에너지와 질량이 은하의 중심부에서 거품의 하부로 운반되고 새로운 물질로 보충되는 채널 집합으로 생각한다.

우리은하 중심부에 있는 태양의 4백만 배에 달할 만큼 거대한 블랙홀은 이웃한 별들을 생성, 폭발시키고 성간 물질(detritus)들을 집어삼킨다.

UCLA 천문.천체물리학 교수 마크 모리스(Mark Morris)는 “우리는 이 굴뚝이 은하의 중심에서 방출되는 모든 에너지의 출구로 본다”며 “거대 블랙홀의 별 생성은 은하의 성격을 결정한다. 행성과 생명체가 만들어지는 무거운 원소들을 만들어 낸다”고 말했다.

모든 은하계는 거대한 별을 생성하는 공장이지만 그 생산성은 한 은하계에서 다음 은하계까지 그리고 각 은하계의 수명 주기에 걸쳐 광범위하게 변할 수 있다. 행성 생성 메커니즘은 은하의 중심부 거대 블랙홀이 담당한다.

국제 공동연구진은 에너지 분출을 더 잘 이해하기 위해 우주 우주 X 선을 감지하는 유럽우주국(European Space Agency)의 ‘XMM-Newton’ 위성을 은하수의 중심으로 향하게했다. X 선은 매우 고온의 가스에 의해 방출되기 때문에 우주에서 에너지가 넘치는 환경을 매핑하는 데 특히 유용하다.

연구진은 2012년과 2016~2018년 사이에 수집 한 이미지에서 은하의 중앙 허브에서 반대 방향으로 펼쳐지는 두 개의 X선(은하 중심부 굴뚝)을 찾았다. 각각은 거대질량 블랙홀의 약 160광년에서 500광년 구간에 걸쳐 발생했다.

credit:ESA.

굴뚝은 은하를 감싸는 페르미버블로 알려진 거대한 구조 두 개를 연결한다. 고속으로 움직이는 입자로 가득 찬 거품은 은하의 중심을 가로 지르며 모든 방향으로 2만 5000광년 동안 펼쳐진다. 일부 천문학자들은 페르미 거품이 초대 질량 블랙홀에서 발생한 거대한 분출물이라고 생각하는 반면, 거품이 새로 태어난 별들의 무리에 의해 형성된다고 여기는 이들도 있다. 어느 쪽이든 굴뚝은 고속 입자가 통과하는 통로가 될 수 있다.

에너지가 은하의 중심으로부터 바깥 경계까지 어떻게 움직이는지를 이해하면 일부 은하가 별을 생성 및 파괴하고, 일부 별은 휴면 상태에있는 이유에 대한 통찰력을 제공 할 수 있다.

극단적 사례에서 에너지 분출은 은하계의 별 형성을 촉발 시키거나 차단할 수 있다.우리 은하계와는 달리 다른 은하계에는 우리 은하의 1000배에 달하는 블랙홀에 의해 가동되는 엄청난 에너지를 가진 분출구가 존재한다.

막스플랑크 연구소 가브리엘 폰티는 “우리는 은하에서 유출되는 물질과 에너지의 유출과 흐름이 시간에 따라 은하의 모양을 조각하고 변경하는 데 결정적인 역할을한다는 것을 알고 있다. 그들은 은하계와 다른 구조가 어떻게 우주에 걸쳐 형성되고 진화하는지에 중요한 역할을 한다”며 “운 좋게도 우리 은하계는 우리에게 이것을 자세히 조사하고 물질이 우리 주위의 공간으로 어떻게 흘러 나가는지를 조사 할 수있는 가까운 실험실을 제공한다”고 말했다.

21일(현지시간) 네이처(Nature) 지에 게재된 이 연구에는 5개국 9 명의 저자가 기여했다. 연구는 NASA, 프랑스 우주연구센터, 프랑스 국립연구소, 독일 연방 경제기술부, 독일 항공우주센터 및 막스 플랑크 연구소가 자금을 지원했다.