아티스트의 인상은 블랙홀을 둘러싸고 있는 강착 원반의 내부 영역이 흔들리는 모습을 묘사합니다. 이러한 맥락에서 워블은 블랙홀을 둘러싼 물질의 궤도가 중심 물체 주위의 방향을 바꾸는 것을 의미합니다. 크레딧:NASA 100년이 넘도록 물리학자들은 회전하는 블랙홀이 주변 우주를 뒤흔들 것이라는 사실을 적어도 종이상으로는 알고 있었습니다. 이제 먼 별의 폭력적인 죽음 덕분에 천문학자들은 마침내 우주의 진동이 실시간으로 일어나는 것을 목격하게 되었습니다.
이 사건은 별이 초대질량 블랙홀에 너무 가까이 다가가 천문학자들이 조수 붕괴 사건(TDE)이라고 부르는 현상으로 인해 산산조각이 났을 때 발생했습니다. AT2020afhd로 분류된 그 여파는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 대한 가장 이상한 예측 중 하나를 테스트하기 위한 우연한 실험실이 되었습니다. 즉 거대하고 회전하는 물체는 시공간 자체를 슬로우 모션 소용돌이로 끌어들일 수 있다는 것입니다.
과학자들은 이 별 잔해에서 엑스레이와 전파의 규칙적인 깜박임을 추적함으로써 블랙홀이 주변 시공간 구조를 비틀고 있다는 가장 명확한 증거를 보고합니다. 이 현상은 렌즈-Thirring 세차운동으로 알려져 있습니다.
별이 시공간 추적자가 될 때
조수 붕괴 사건은 본질적으로 지저분합니다. 불운한 별이 늘어나고 조각나면서 그 가스는 블랙홀 주위에 빛나는 원반을 형성합니다. 때때로 그 원반은 거의 광속에 가까운 속도로 바깥쪽으로 발사되는 좁은 물질 제트를 발사하기도 합니다.
AT2020afhd가 특별한 것으로 드러났습니다.
이 사건을 관찰한 천문학자들은 X선 빛이 정기적인 일정에 따라 10배 이상 극적으로 밝아지고 어두워지는 것을 발견했습니다. 19.6일마다 신호가 반복되었습니다. 얼마 지나지 않아 전파 망원경이 일치하는 리듬을 포착했습니다.
중요한 세부 사항은 단지 타이밍이 아니었습니다. 엑스레이와 전파가 함께 흔들렸습니다.
이번 연구의 공동저자인 카디프 대학의 코시모 인세라(Cosimo Inserra)는 “우리 연구는 렌스-서링(Lense-Thirring) 세차운동에 대한 가장 강력한 증거를 보여줍니다. 블랙홀은 회전하는 팽이가 소용돌이 속에서 물을 끌어당기는 것과 거의 같은 방식으로 시공간을 끌어당깁니다.”라고 말했습니다.
디스크젯 세차 운동 모델. 출처: 과학 발전 (2025). 그 동기화된 흔들림은 과학자들에게 그들이 단지 무작위로 깜박이는 것을 보고 있는 것이 아니라는 것을 말해줍니다. 그들은 블랙홀의 회전에 따라 시공간 자체가 비틀리면서 전체 시스템(별 잔해 원반과 바깥쪽으로 분출되는 제트기둥)이 천천히 방향을 바꾸는 것을 보고 있었습니다.
이러한 행동을 포착하기 위해 팀은 엑스레이를 모니터링하는 NASA의 Neil Gehrels Swift Observatory의 데이터와 Karl G. Jansky Very Large Array 및 기타 시설의 무선 관측을 결합했습니다. 이전 TDE는 이런 종류의 단기 패턴을 드러낼 만큼 전파에서 자주 관찰되지 않았습니다.
이것이 하나의 블랙홀 너머에 중요한 이유
아인슈타인은 1913년에 처음으로 이 효과를 암시했습니다. 몇 년 후 오스트리아의 물리학자인 Josef Lense와 Hans Thirring이 수학을 연구했습니다. 그러나 블랙홀 근처에서 프레임 드래그를 보는 것은 매우 어려운 일로 악명 높습니다.
집에 더 가까운 위성은 지구 주변의 작은 효과를 측정했습니다. 블랙홀 근처에서는 그 효과가 엄청나지만 혼돈 속에 묻혀있어 관찰하기가 어렵습니다.
이 연구는 별의 유해를 추적자로 사용하여 이러한 혼란을 해소합니다. 강착원반이 세차게 움직이면서 투영된 면적이 변경되어 X선이 변조되었습니다. 제트기가 지구를 향해 회전하거나 멀어지면서 전파의 밝기가 오르락내리락했습니다. 그들은 함께 뒤틀린 시공간의 보이지 않는 기하학을 추적했습니다.
Inserra는 “100여 년 전에 이루어진 예측을 확인했기 때문에 이것은 물리학자들에게 진정한 선물입니다.”라고 말했습니다. "그뿐만 아니라 이러한 관찰은 TDE의 본질, 즉 블랙홀이 가하는 엄청난 중력에 의해 별이 산산조각이 나는 경우에 대해 더 많은 것을 알려줍니다."
분석은 또한 관련된 블랙홀이 특별히 빠르게 회전하지 않을 수도 있음을 암시합니다. 모델링은 상대적으로 적당한 회전을 제안하는데, 이는 극적인 제트가 항상 극단적인 회전을 필요로 한다는 가정에 도전합니다. 이러한 통찰력은 블랙홀이 어떻게 제트를 발사하는지(스핀, 자기장 또는 디스크 구조가 가장 중요한지)에 대한 더 광범위한 논쟁으로 이어집니다.
더 큰 테이크아웃도 있습니다. 조수 붕괴 사건은 수천년이 아닌 수개월에 걸쳐 진행됩니다. 이로 인해 블랙홀 시스템의 변화를 거의 실시간으로 관찰할 수 있는 기회가 거의 없습니다. 저자들은 미래의 리듬 깜박임에 대한 X선 탐지가 경보 역할을 하여 더 많은 시공간 소용돌이를 포착하기 위한 신속한 무선 후속 조치를 촉발할 수 있다고 주장합니다.
AT2020afhd는 블랙홀이 문자 그대로 시공간을 끌어다 놓을 수 있음을 보여줌으로써 추상적인 예측을 관찰된 현상으로 변환합니다. 또한 이는 천문학자들에게 우주 폭력의 순간에도 우주는 여전히 가장 이상한 행동 중 일부를 숨기고 있다는 점을 상기시켜 줍니다.
Inserra는 발견에 대해 다음과 같이 말했습니다. "특히 축제 기간 동안 밤하늘을 경이롭게 바라볼 때 우리는 자연이 만들어낸 모든 변화와 풍미 속에서 훨씬 더 특별한 물체를 식별할 수 있는 기회를 갖고 있다는 사실을 상기시켜 줍니다."
이번 연구 결과는 Science Advances 저널에 실렸습니다. .
