블랙홀은 우주와 물리 법칙에 대한 우리의 이해를 구부립니다. 블랙홀이 회전하면서 주변 공간을 끌어 당기 며 천문학 자들은 상대성에 대한 아인슈타인의 예측을 연구 할 수있는 기회를 제공합니다.
블랙홀의 존재는 아마도 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 대한 가장 매혹적인 예측 일 것입니다. 별과 같은 어떤 질량이 특정 한계보다 더 작아지면, 그 자체의 중력이 너무 강해져 물체가 단일 지점 인 블랙홀로 붕괴됩니다. 대중의 마음에,이 거대한 중력은 이상한 일이 일어나는 곳입니다. 그리고 현재 천체 물리학 주도의 연구팀은 초고속 블랙홀이 너무 빠르게 회전하여 초당 950 회 이상 회전하는 것으로 측정하여 예상 회전 수 제한 속도를 높였습니다.
CfA 천문학 자 제프리 맥클린 톡은“이 중력 체제는 아 원자 세계 자체와 직접적인 경험과는 거리가 멀다”고 말했다.
McClintock과 CfA 천체 물리학 자 Ramesh Narayan이 공동으로 개발 한 스핀 측정 기술을 적용한이 팀은 NASA의 Rossi X-ray Timing Explorer 위성 데이터를 사용하여 블랙홀 스핀의 가장 직접적인 결정을 제공했습니다.
McClintock과 Narayan은 하버드 대학교 물리학과 Rebecca Shafee로 구성된 국제 그룹을 이끌었습니다. Ronald Remillard, Kavli 천체 물리 우주 연구 센터, MIT; 이 연구에서 캘리포니아 대학교 산타 바바라의 셰인 데이비스와 독일 막스 플랑크 연구소 맥스 플랑크 연구소 Li-Xin Li가이 연구에 참여했다. 결과는 오늘 천체 물리학 저널에 발표되었습니다.
McClintock는“이제 3 개의 블랙홀의 스핀 속도에 대한 정확한 값을 갖게되었습니다. "가장 흥미로운 것은 마이크로 콰 사르 GRS1915 + 105의 결과이며, 이론적 인 최대 값의 82 %에서 100 % 사이의 스핀을 가지고 있습니다."
이론가 인 Narayan은“이 결과는 블랙홀이 제트를 방출하는 방법, 감마선 폭발의 가능한 원인을 모델링하고 중력파를 탐지하는 방법을 설명하는 데 중요한 영향을 미칩니다.
천문학 자들은 왜 스핀에 관심이 있습니까?
McClintock는“천문학에서 블랙홀은 질량과 회전 속도를 나타내는 두 개의 숫자로 완전히 설명됩니다. "전자 나 쿼크와 같은 기본 입자를 제외하고는이 간단한 것이 아무것도 없습니다."
천문학 자들은 블랙홀 질량을 측정하는 데 성공했지만 블랙홀의 두 번째 기본 매개 변수 인 스핀을 측정하는 것이 훨씬 어렵다는 것을 알게되었습니다.
Narayan은“실제로 올해까지 블랙홀에 대한 믿을만한 스핀 추정치는 없었습니다.
블랙홀의 중력은 너무 강하여 블랙홀이 회전함에 따라 주변 공간을 드래그합니다. 이 회전 구멍의 가장자리를 이벤트 지평선이라고합니다. 이벤트 수평선을 가로 지르는 모든 재료가 블랙홀로 당겨집니다.
Narayan은“우리가 측정 한 블랙홀 스핀 주파수는 블랙홀의 이벤트 지평선에서 시공간이 회전하거나 드래그되는 속도입니다.
고속 블랙홀 (GRS 1915)은 현재 질량이 태양보다 약 14 배나 많은 질량이 알려진 20 개의 X 선 이진 블랙홀 중 가장 방대합니다. 거의 빛의 속도로 물질을 분사하고 X- 선 방출의 급격한 변화와 같은 독특한 특성으로 잘 알려져 있습니다.
지난 수십 년 동안 X-ray 바이너리 시스템에서 수십 개의 블랙홀이 발견되었습니다. X-ray 바이너리는 두 물체가 서로 주위를 공전하는 시스템으로, 하나의 가스 (태양과 같은 보통의 별)가 다른쪽으로 꾸준히 전달됩니다 (이 경우 블랙홀). 가스는 accretion이라는 프로세스에 의해 블랙홀로 나선 화됩니다. 나선으로 인해 수백만도까지 가열되어 X- 선을 방출합니다. 이 팀은 블랙홀의 가속 디스크의 X- 선 스펙트럼을 사용하여 스핀을 결정했습니다.
이 기술은 상대성 이론의 주요 예측을 기반으로합니다. 블랙홀에 방출되는 가스는 블랙홀 외부, 즉 이벤트 수평선 외부에있는 특정 반경까지만 방출됩니다. 이 반경 내에서 가스는 구멍에 너무 빨리 들어가서 많은 양의 방사선을 생성합니다. 임계 반경은 블랙홀 스핀에 따라 달라 지므로이 반경을 측정하면 스핀을 직접 추정 할 수 있습니다. 반경이 작을수록 디스크에서 방출되는 X- 선이 더 뜨겁습니다. X- 선의 온도는 X- 선 밝기와 결합하여 블랙홀의 회전 속도를 나타내는 반경을 제공합니다.
하버드 대학교 물리학과 대학원생 인 레베카 샤피 (Rebecca Shafee)는“이러한 기초를 측정 할 수있어서 정말 멋지다. “우리의 방법은 개념이 매우 단순하고 이해하기 쉽습니다. 우주에있는 Rossi X-ray 타이밍 탐색기와 지구상의 망원경과 같은 강력한 X-ray 관측소가 필요한 측정을 수행하게되어 정말 행운입니다.”
우주에서 가장 밝은 섬광 일 수있는 감마선 폭발의 원인을 찾는 것은 팀의 결과에 도움이 될 수 있습니다. 산타 크루즈 캘리포니아 대학의 이론 천체 물리학 자 스탠 우 슬리 (Stan Woosley)는 거대한 별이 무너지면서 감마선 폭발을 모델링했다. 그러나이 모델들은 지금까지 확인 된 적이없는 매우 높은 스핀을 가진 블랙홀의 존재에 달려 있습니다.
Woosley는“이것은 매우 중요합니다. "그런 측정을 할 수있을 줄은 몰랐습니다."
이 논문은 GRS 1915와 팀이 연구 한 다른 두 개의 블랙홀이 높은 스핀으로 태어 났다고 결론 지었다. 즉, 원래 거대한 별의 붕괴 코어는 각 운동량을 블랙홀에 쏟아 부었다.
McClintock는“커뮤니티가 수년 전에 블랙홀 질량을 측정하는 방법을 파악한 이후로 스핀 측정은이 분야의 성배였습니다. “우리가 GRS 1915에서 사용한 기술은 다른 많은 블랙홀 X 선 바이너리에 적용될 수 있습니다. 우리가 찾은 것을 기다릴 수 없습니다! '”
Narayan은“우리가 가장 좋아하는 희망 중 하나는 우리가 연구하고있는 블랙홀 시스템이 선호하는 스핀 측정 방법을 사용하여 다른 그룹에서도 연구 할 것이라는 점입니다. "이러한 다른 방법들이 더욱 개발되고 더 신뢰할 수있게되면, 다른 방법들의 결과를 비교하는 것이 가장 흥미로울 것입니다."
원본 출처 : CfA 뉴스 릴리스
