은하의 씨앗에서 우주 거인으로: 두 가지 방법으로 성장하는 초대질량 블랙홀

Seoul과학자들은 초대질량 블랙홀이 어떻게 그렇게 커지는지 이해하기 시작하고 있습니다. 펜실베니아 주립대의 천문학자들 그룹은 이 블랙홀의 성장을 120억 년에 걸쳐 연구했습니다. 그들은 이를 위해 새로운 X선 관측과 컴퓨터 시뮬레이션을 활용했습니다.

초대질량 블랙홀은 은하의 중심에 위치하며, 태양보다 수백만 배에서 수십억 배까지 무겁습니다. 본 연구는 우주가 시작된 지 18억 년 후부터 현재까지, 즉 현재로부터 138억 년 전까지 이 블랙홀들이 어떻게 성장해왔는지를 조사합니다.

이들은 다음과 같은 사실을 발견했습니다:

• 블랙홀은 자신의 은하로부터 찬 가스를 흡수함으로써 성장한다.
• 또한, 은하 충돌 시 다른 초대질량 블랙홀과의 합병을 통해서도 성장한다.
• 흡수에 의한 성장은 X선 데이터를 통해 추적할 수 있다.
• 지난 50억 년 동안, 합병은 성장을 크게 기여한다.

이 팀은 펜실베이니아 주립대학 대학원생이자 논문의 제1저자인 팬 조우와 여러 기관의 연구원들로 구성되어 있습니다. 그들은 다음의 데이터들을 분석했습니다:

• NASA의 찬드라 X선 관측소
• 유럽우주국의 XMM-뉴턴
• 막스 플랑크 연구소의 eROSITA 망원경

그들은 130만 개 이상의 은하에서 블랙홀의 성장을 연구했으며, 그 중 8,000개 이상의 빠르게 성장하는 블랙홀을 포함했습니다. 이렇게 많은 샘플 수는 그들이 강력한 결론을 내리는 데 도움을 주었습니다.

연구에 따르면, 큰 은하들은 물질을 흡수하면서 중심의 블랙홀이 더 빠르게 팽창하는 경향이 있습니다. 이 패턴은 우주의 모든 시기에 걸쳐 일관적입니다. 연구자들은 IllustrisTNG 프로젝트의 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 은하 합병을 통해 이러한 성장을 추적했습니다.

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그들의 방법은 블랙홀이 질량을 얻는 실제 데이터를 활용하고 블랙홀 병합의 컴퓨터 모델을 결합하여, 초대형 블랙홀이 성장하는 방식에 대한 가장 명확한 이해를 제공합니다. 대부분의 성장은 물질이 블랙홀로 빨려 들어가면서 이루어지지만, 특히 최근 우주 시대에는 병합도 중요한 역할을 했습니다.

연구에 따르면 우주가 더 젊었을 때 매우 큰 블랙홀이 더 빠르게 성장했다고 합니다. 이러한 블랙홀의 수는 70억 년 전에 대부분 증가를 멈췄습니다.

과학자들은 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀을 연구했으며, 이 블랙홀은 태양 질량의 400만 배에 달합니다. 그들의 연구 결과에 따르면, 이 블랙홀은 우주의 역사에서 비교적 나중에 성장한 것으로 보입니다.

연구 팀은 다음과 같은 구성원들로 이루어져 있습니다:

• Zhibo Yu, 펜실베이니아 주립대학의 대학원생
• Hyungsuk Tak, 펜실베이니아 주립대학의 조교수
• Elena Gallo, 미시간 대학교
• Bin Luo, 중국 난징 대학교
• Qingling Ni, 독일 막스 플랑크 연구소
• Yongquan Xue, 중국 과학기술대학교
• Guang Yang, 네덜란드 흐로닝언 대학교

이 연구는 미국 국립과학재단, 찬드라 X-선 센터, 펜실베이니아 주립대학교의 지원을 받았습니다. 과학 공동체와 공유된 IllustrisTNG 시뮬레이션 결과 또한 이 연구의 가능성을 높이는 데 기여했습니다.