연구자들이 블랙홀이 우주에 미치는 영향을 이해하는 데 큰 진전을 이루었습니다. 자를 들고 허리케인을 측정하는 것만큼 쉬워 보이는 작업인 블랙홀 제트의 힘을 직접 측정함으로써 말이죠. 전 세계에 퍼져 있는 전파망원경 네트워크를 이용해 커틴 대학교가 이끄는 팀은 이 제트가 얼마나 에너지 넘치는지 보여주는 상세한 이미지를 포착했으며, 블랙홀이 우주의 궁극적인 과잉 성취자라는 오랜 이론을 확인했습니다.

네이처 천문학에 발표된 이 연구는 최초로 확인된 블랙홀과 거대한 초거성을 포함하는 잘 알려진 시스템인 사이그너스 X-1에 초점을 맞췄습니다. 과학자들은 이 블랙홀에서 뿜어져 나오는 제트가 약 10,000개 태양에 해당하는 에너지 출력을 운반한다는 것을 밝혀냈는데, 이건 정말 많은 태양이죠.

이 측정을 위해 팀은 넓게 퍼져 있는 망원경 배열이 하나처럼 협력하도록 했습니다. 이 설정 덕분에 블랙홀이 궤도를 따라 이동할 때 근처 별에서 불어오는 강력한 바람에 의해 제트가 어떻게 밀리고 뒤틀리는지 관찰할 수 있었습니다. 그 효과는 지구상의 강한 돌풍이 분수에서 나오는 물줄기를 휘게 만드는 것과 비슷한데, 만약 그 분수가 10,000개 별의 집중된 분노로 작동한다면 말이죠.

별 바람의 강도를 계산하고 제트가 얼마나 빗나갔는지 추적함으로써 연구자들은 특정 순간의 제트 힘을 결정할 수 있었습니다. 이는 과학자들이 장기 평균에 의존하기보다는 블랙홀 제트의 순간 에너지를 직접 측정한 최초의 사례로, 연간 평균 강우량 대신 번개를 측정하는 것과 같습니다.

팀은 또한 제트의 속도를 측정했는데, 대략 빛의 속도의 절반인 초당 약 150,000킬로미터로 이동한다는 것을 발견했습니다. 이 속도를 결정하는 것은 과학자들에게 수년간 도전이었는데, 아마도 그들의 레이더 총이 계속 녹아내렸기 때문일 겁니다.

이 프로젝트는 커틴 전파천문학 연구소(CIRA)와 국제 전파천문학 연구 센터(ICRAR) 커틴 노드가 주도했으며, 옥스퍼드 대학교가 기여했습니다.

주저자인 스티브 프라부 박사(연구 당시 CIRA 소속, 현재 옥스퍼드 대학교)는 팀이 그가 "춤추는 제트"라고 묘사한 것을 추적하기 위해 일련의 이미지를 사용했다고 설명했습니다. 이 용어는 두 천체가 서로 공전하면서 초거성의 강한 바람에 밀려 제트가 반복적으로 방향을 바꾸는 방식을 가리키며, 우주에서 가장 파괴적인 왈츠를 만들어냅니다.

프라부 박사는 이 관측이 블랙홀 근처에서 생성된 에너지 중 얼마나 많은 부분이 주변 환경으로 전달되어 주변 환경에 영향을 미치는지 보여준다고 말했습니다. "이 연구의 핵심 발견은 물질이 블랙홀 쪽으로 떨어질 때 방출되는 에너지의 약 10%가 제트에 의해 운반된다는 것입니다."라고 프라부 박사는 말했습니다. "이것은 과학자들이 일반적으로 우주의 대규모 시뮬레이션 모델에서 가정하는 것이지만, 지금까지 관찰을 통해 확인하기는 어려웠습니다."라고 덧붙이며, 때로는 시뮬레이션이 실제로 맞을 수도 있다는 점을 확인했습니다.

공동 저자인 제임스 밀러-존스 교수(CIRA 및 ICRAR 커틴 노드)는 이전 기술은 수천 년 또는 수백만 년에 걸친 극히 긴 기간 동안만 제트 힘을 추정할 수 있었다고 지적했습니다. 이는 제트 에너지를 물질이 블랙홀로 떨어질 때 생성되는 X선 방출과 직접 비교하기 어렵게 만들었는데, 우주 규모의 측정 불편함의 전형적인 사례죠.

"그리고 우리 이론이 블랙홀 주변의 물리학이 매우 유사하다고 제안하기 때문에, 우리는 이제 이 측정을 사용하여 제트에 대한 우리의 이해를 확고히 할 수 있습니다. 그 제트가 태양 질량의 10배인 블랙홀에서 나오든 1,000만 배인 블랙홀에서 나오든 말이죠."라고 밀러-존스 교수는 말하며, 파괴에 대한 즐거운 확장성을 시사했습니다.

"서호주와 남아프리카에 현재 건설 중인 제곱킬로미터 배열 관측소와 같은 전파망원경 프로젝트를 통해, 우리는 수백만 개의 먼 은하에 있는 블랙홀에서 나오는 제트를 감지할 것으로 예상하며, 이 새로운 측정이 제공하는 기준점은 그들의 전체 출력을 보정하는 데 도움이 될 것입니다."라고 그는 계속 말하며, 우주에서 가장 강력한 헤어드라이어를 목록화할 계획을 설명했습니다.

"블랙홀 제트는 주변 환경에 중요한 피드백 원천을 제공하며 은하의 진화를 이해하는 데 중요합니다."라고 그는 결론지으며, 심지어 우주 공허도 자신을 표현할 필요가 있다는 점을 상기시켰습니다.

이 연구의 다른 협력자로는 바르셀로나 대학교, 위스콘신-매디슨 대학교, 레스브리지 대학교, 우주 과학 연구소가 포함되었습니다.