NASA의 IXPE, 새로운 블레이저 발견, 열광하는 천문학계

NASA의 IXPE, 새로운 블레이저 발견

 

우주는 강력한 초염성 블랙홀로 가득 차 있으며, 이들은 고에너지 입자의 강력한 제트를 만들어 공간의 광대함에서 극도의 밝기를 생성합니다. 이 제트 중 하나가 지구를 정확히 향하면 과학자들은 해당 블랙홀 시스템을 블레이저라고 부릅니다.

 

 

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블레이저란?

블레이저(Blazar)는 놀라울 정도로 강력한 에너지를 방출하는 천체로, 블랙홀과 밀접한 관련이 있는 형태 중 하나입니다. 블레이저는 우주에서 가장 강력한 에너지 편류 중 하나인 '블레이저 제트'를 생성하는 천체 시스템을 지칭합니다. 이러한 블레이저 제트는 블랙홀의 중력에 의해 강제로 가속된 입자들이 빛의 속도에 근접한 속도로 움직이면서 생성되는 것으로 이해되고 있습니다.

 

우주 블랙홀의 상상 이미지

 

블레이저의 주요 특징은 다음과 같습니다:

 

1. 블랙홀과 동반성

블레이저는 대개 슈퍼마스브 블랙홀의 주변에서 발견됩니다. 블랙홀은 중력이 아주 강력한 천체로, 주변 물질을 흡수하고 이를 에너지로 방출하는 등 다양한 현상을 생성합니다. 블랙홀 주변에서 물질이 흡수되면서 생성되는 에너지가 블레이저 제트를 형성하는 주된 원동력이 됩니다.

 

2. 고에너지 제트

블레이저 제트는 속도가 매우 빠른 입자들로 이루어진 강력한 제트입니다. 이 입자들은 빛의 속도에 가까운 속도로 움직이며, 이동 중에 에너지를 방출하면서 빛을 생성합니다. 이 빛은 주로 X선 및 감마선과 같은 고에너지 영역에서 관찰되는데, 이러한 에너지 대역은 일반적인 광학 또는 라디오 파장보다 훨씬 더 높은 빈도의 파장을 가지고 있습니다.

 

3. 가까운 블레이저

일부 블레이저는 지구로부터 매우 가까운 거리에 위치해 있습니다. 이는 블레이저의 빛이 우리의 관측에 도달하기까지 상대적으로 짧은 시간이 걸리기 때문입니다. 이러한 가까운 블레이저는 더 자세한 관측과 연구가 가능하며, 우주 천문학 연구에 중요한 정보를 제공합니다.

 

블레이저는 우주에서 발견되는 가장 에너지가 풍부한 천체 중 하나이며, 그들의 제트는 우주의 구조와 블랙홀 주변의 물질의 동작을 연구하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

블레이저: 강력한 블랙홀 시스템에서 발생하는 고에너지 제트

제트 내 입자들이 큰 속도와 에너지로 움직이는 이유를 이해하기 위해 과학자들은 2021년 12월에 발사된 NASA의 IXPE(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)를 살펴봅니다. IXPE는 X선 빛의 특수한 성질인 편광을 측정하며, 이는 X선 주파수에서 전자기파의 조직화와 관련이 있습니다.

 

NASA의 그림은 최근 Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE)에 의한 블레이저 Markarian 421의 관측을 통해 추론된 블랙홀 제트의 구조

 

IXPE와 X선 편광측정: 고에너지 입자의 움직임을 이해하기 위한 열쇠

이번 주에 국제적인 천체물리학자 팀은 Ursa Major자리에 위치한 Markarian 421이라는 블레이저에 관한 IXPE의 새로운 발견 내용을 발표했습니다. 이 블레이저는 지구에서 대략 4억 광년 떨어진 곳에 위치해 있으며, 입자들이 가속되는 제트의 일부분에서 자기장이 나선 구조를 갖고 있다는 증거로 과학자들을 놀라게 했습니다.

 

Markarian 421: 나선형 자기장을 갖는 블레이저의 놀라운 발견

이번 연구의 주 저자인 이탈리아 우주 기구 천체물리학자 로라 디 제수는 "Markarian 421은 고에너지 천문학자들에게 친숙한 친구입니다,"라며 "우리는 이 블레이저가 IXPE에게 가치 있는 목표가 될 것이라고 확신했지만, 그 발견들은 우리의 최고의 기대를 뛰어넘었습니다. X선 편광측정이 상대론적 제트의 복잡한 자기장 기하학과 입자 가속을 탐구하는 데 어떻게 기여하는지를 성공적으로 보여줬습니다"라고 말했습니다.

 

X선 편광측정이 제공하는 새로운 시야: 복잡한 자기장 기하학과 입자 가속의 탐구

IXPE 팀의 Markarian 421에서의 발견 내용을 상세히 설명한 이 연구는 최신 판의 자연 천문학에 게재되어 있습니다.

 

블레이저 제트의 가변성과 충격파: Markarian 421의 의외의 발견

Markarian 421에서 발사되는 것과 같은 제트는 수백만 광년에 이르기도 합니다. 입자들이 광속에 접근할수록 엄청난 양의 에너지를 방출하며, 아인슈타인이 예측한 이상한 방식으로 행동합니다. 블레이저 제트는 사이렌 소리가 다가올수록 더 크게 들리는 것과 같이, 우리를 향한 빛도 더 밝게 보입니다. 그래서 블레이저는 그들이 속한 은하의 모든 별들을 능가할 수 있는 밝기를 가질 수 있습니다.

 

Markarian 421과 Markarian 501: 충격과 나선 자기장의 관계를 밝히는 연구

수십 년간의 연구에도 불구하고 과학자들은 여전히 블레이저 제트의 역학과 방출을 형성하는 물리적 과정을 완전히 이해하지 못하고 있습니다. 그러나 IXPE의 혁신적인 X선 편광측정 - 빛파의 전기장의 평균 방향을 측정하는 방법 - 덕분에 이들은 이러한 대상물, 그들의 물리적 기하학 및 방출원을 이론하는 데 이전에 없던 시야를 얻을 수 있습니다.

 

 

지구로부터 6000광년 이상 떨어진 곳에 위치한 Cygnus X-1

 

미래의 연구 방향: Markarian 421 및 다른 블레이저들의 제트 변동성 탐구

디 제수, 마셜 및 동료들은 Markarian 421 및 다른 블레이저들에 대한 추가 관측을 기대하며 이러한 제트 변동성과 그 빈도가 얼마나 자주 발생하는지에 대해 더 알아보고자 합니다.

 

IXPE: 미국과 이탈리아 우주 기구의 협력으로 진행되는 천체물리학 연구

디 제수는 "IXPE 덕분에 천체물리학적 제트 연구에 활기찬 시기가 왔습니다,"라고 말했습니다.

 

IXPE는 NASA와 이탈리아 우주 기구, 그리고 12개 국가의 파트너 및 과학 협력자들의 협력으로 이루어진 프로젝트입니다. IXPE는 앨러배마 주 헌츠빌에 위치한 NASA 마샬 우주비행센터가 주도하며, 볼 에어로스페이스가 본사인 콜로라도 주 브룸필드에서 우주선 운영을 관리하며 콜로라도 대학 보울더 캠퍼스의 대기 및 우주 물리학 실험실과 함께 작동합니다. IXPE가 Markarian 421의 관측을 보완하기 위해 미국과 프랑스, 일본, 스페인, 그리스의 파트너 관측소에서 수집한 데이터가 함께 사용되었습니다.