천문학자들이 마침내 우주의 미제 사건에 대한 증거를 잡았을지도 모릅니다: 왜 우주에서 가장 큰 은하들이 그렇게 많은 별들을 잃어버렸는지에 대한 문제입니다. XRISM(X선 영상 및 분광 임무)의 새로운 데이터는 초거대 블랙홀이 범인임을 시사하며, 별 형성에 필요한 가스를 날려버리고 있다는 것을 보여줍니다.

현재 모델은 가장 무거운 은하들이 별 질량으로 가득 차 있어야 한다고 예측하지만, 관측 결과 상당한 부족이 나타납니다. 미시간 대학의 박사 과정 학생인 Xin "Cindy" Xiang은 XRISM 데이터를 사용하여 한 가지 주요 설명을 조사했고, 블랙홀을 직접 가리키는 증거를 발견했습니다.

대부분의 사람들은 블랙홀을 중력이 너무 강해서 빛조차 빠져나올 수 없는 천체로 알고 있습니다. 그러나 블랙홀은 주변에 매우 밝은 영역을 만들 수도 있습니다. 가스와 먼지가 나선형으로 안쪽으로 빨려 들어가면서 강력한 X선을 포함한 엄청난 양의 에너지를 방출하는 강착 원반을 형성합니다.

강착 원반은 우주에서 가장 에너지가 넘치는 환경 중 하나입니다. 블랙홀을 향해 떨어지는 물질은 중력과 마찰에 의해 가열되어 극도로 뜨거운 플라즈마가 됩니다. 동시에 원반은 강력한 물질의 유출을 일으킬 수 있습니다.

이러한 바람은 은하에서 가스를 쓸어버릴 만큼 강력할 수 있습니다. 가스는 새로운 별을 만드는 데 필요한 원료이기 때문에, 그러한 유출은 미래의 별 형성을 크게 감소시킬 수 있습니다.

XRISM의 데이터는 그 가능성을 뒷받침합니다. 이 임무는 일본 우주항공연구개발기구가 NASA 및 유럽 우주국과 협력하여 주도하고 있습니다.

"이전에는 XRISM 없이도 유출의 넓은 특징만 볼 수 있었습니다,"라고 Xiang은 말했습니다. "하지만 중요한 질문에 답하려면 미세한 특징을 분해할 수 있어야 합니다. 그들의 구조와 기하학은 무엇인가? 바람은 어떻게 그리고 언제 발사되는가?"

2023년에 발사된 XRISM은 2024년 가을에 과학 관측을 시작했습니다. 그 에너지 분해능은 이전 임무보다 약 10배 더 뛰어나 천문학자들이 블랙홀 환경을 훨씬 더 자세히 조사할 수 있게 해줍니다.

Xiang과 그녀의 공동 연구자들은 지구에서 약 5천만 광년 떨어진 밝은 은하 NGC 4151에 초점을 맞추고 있습니다. 그 중심에는 활동 은하핵(AGN)이 있으며, 초거대 블랙홀이 활발하게 물질을 소비하고 빛나는 강착 원반을 생성하고 있습니다. 이는 NGC 4151을 블랙홀 구동 유출을 연구하기 위한 이상적인 실험실로 만듭니다.

"XRISM을 통해 우리는 가장 밝은 AGN을 관찰하는 최고의 분해능을 가지며, 강착 원반에 대해 지금까지 관찰된 유출에 대한 가장 풍부한 정보를 얻고 있습니다,"라고 Xiang은 말했습니다.

미시간 대학의 천문학 교수 Jon Miller와 함께 작업하면서 Xiang은 이전에 NGC 4151의 강착 원반에서 나오는 바람이 시스템에서 물질을 방출할 만큼 빠른 속도에 도달할 수 있음을 보여주었습니다. 그녀는 또한 이러한 유출을 구동하는 가능한 메커니즘인 자기 원심 구동(태양 플레어를 일으키는 것과 유사)을 확인했습니다.

캘리포니아 패서디나에서 열린 미국 천문 학회 제248차 회의에서 Xiang은 NGC 4151의 강력한 바람이 언제 활동하는지 결정하는 새로운 방법을 발표했습니다. 이 접근 방식은 연구자들이 다른 은하에서 유사한 유출을 식별하고 우주 전반의 AGN에 대한 이해를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

AGN 바람은 시간이 지남에 따라 극적으로 변할 수 있기 때문에 Xiang은 가장 빠르고 강한 유출이 언제 발생하는지 정확히 찾아내는 방법이 필요했습니다. 이를 위해 그녀는 NGC 4151에 대한 수백 일간의 XRISM 관측 데이터를 분석했습니다.

그녀의 연구는 은하의 X선 출력이 플레어로 밝아지는 기간과 그 후 몇 시간 동안 X선 신호가 어떻게 진화하는지에 초점을 맞췄습니다.

밝기 측정 외에도 Xiang은 감지된 X선이 상대적으로 딱딱한지 부드러운지(가시광선의 색상과 유사한 특성)를 연구했습니다. 그녀는 이러한 측정값을 결합하여 색상 강도 지수라는 새로운 지표를 만들었습니다. Miller는 이름을 "cindicity"로 줄이자고 제안했습니다.

"부분적으로 제 이름이 Cindy이기 때문입니다,"라고 Xiang은 말했습니다. "하지만 아이디어는 미래에 여러분이 소스의 cindicity를 알려주면..."