제트 (천문학)

3. 상대론적 제트의 형성 원리

'''상대론적 제트'''(relativistic jet^영어)는 전파은하나 퀘이사와 같은 일부 활동은하 중심의 거대 천체에서 분출되는 매우 강력한 플라스마 흐름이다.^[26] 이 제트의 길이는 수천 광년^[27]에서 수백만 광년^[28]에 달할 수 있다.

상대론적 제트가 어떻게 형성되는지에 대한 일반적인 가설은 중심 천체 주변에 형성된 강착원반에서 자기장이 뒤틀리고, 이 자기장이 중심 천체의 회전축을 따라 물질 분출을 유도하고 정렬시켜(시준하여) 강착원반의 양쪽 면에서 제트가 발생한다는 것이다.^[26] 만약 이 제트가 지구를 향하고 있다면, 상대론적 분사출 효과 때문에 실제보다 훨씬 밝게 관측될 수 있다.

제트의 형성과^[29][30] 그 구성 물질^[31]에 대한 정확한 메커니즘은 아직 학계에서 활발히 연구되고 있는 주제이다. 현재로서는 제트가 전자, 양전자, 그리고 양성자가 섞인 전기적으로 중성인 상태의 플라스마로 이루어져 있을 것이라는 가설이 유력하다.

이러한 제트 현상은 활동은하핵뿐만 아니라, 중성자별이나 항성블랙홀 주변의 강착원반에서도 훨씬 작은 규모로 나타날 수 있으며, 이를 미세퀘이사라고 부른다. SS433과 같은 미세퀘이사에서는 빛의 속도의 23%(0.23''c'')에 달하는 제트가 관측되기도 했다.

상대론적 제트는 감마선폭발 발생을 설명하는 중요한 단서로 여겨지기도 한다. 이 제트들은 로렌츠 인자가 ~100(대략 빛의 속도의 0.99995배)에 달하며, 현재까지 알려진 천체 현상 중 가장 빠른 것들에 속한다.

제트를 형성하고 방출하는 데에는 막대한 에너지가 필요하며, 이 에너지의 근원으로는 주로 회전하는 블랙홀이 지목된다. 블랙홀의 에너지가 어떻게 제트로 전달되는지에 대해서는 여러 이론이 있으며, 대표적으로 블랜포드-즈나이엑 과정과 펜로즈 과정이 제안되었다.^{[32][15][33][16]}

3. 1. 에너지원

3. 1. 1. 블랜포드-즈나이엑 과정

3. 1. 2. 펜로즈 과정

3. 2. 강착원반과의 관계

• Blandford–Znajek 과정: 블랙홀의 회전에 의해 강착원반 주변의 자기장이 끌리고 뒤틀리면서 에너지가 추출된다는 이론이다. 이 과정에서 상대론적 물질이 강한 자기력선에 의해 방출된다.^[15]
• 펜로즈 과정: 틀 끌림 효과를 통해 회전하는 블랙홀 자체에서 직접 에너지를 추출하는 메커니즘이다.^[16] 이 에너지가 상대론적 입자의 형태로 방출되어 제트를 형성할 수 있다는 가능성이 이론적으로 증명되었다.^[17][18] 이 효과는 일반 상대론적 중력자기력을 포함한다.

3. 3. 중성자별에서의 제트

4. 별 형성 시 제트

성간 분자 구름 속에서 별이 만들어지기 시작할 때, 성간 물질은 중력에 의해 서로 끌어당겨진다. 처음에는 모든 방향에서 모이지만, 점차 질량이 집중된 곳을 중심으로 회전하며 원반 모양의 가스 구름을 형성한다. 이때 가스가 수축하는 중심부에서는 원시별이 태어난다. 수축이 여러 곳에서 동시에 일어나면 쌍성이 형성되기도 한다.

가스 구름의 회전 중심부로 끌려온 물질 중 일부는 원반과 수직인 양방향으로 제트 형태로 분출된다. 이 제트의 속도는 초속 약 10km 정도로 추정된다.

이러한 가스 제트 분출 현상의 예시로 허빅-하로 천체(Herbig-Haro object, HH)가 있다. 허빅-하로 천체는 주로 암흑 성운 주변에서 발견된다. 대표적인 예로는 HH 30, HH 34, HH 47 등이 있다.

5. 초광속 운동

퀘이사에서 관측되는 제트 중 일부는 광속을 넘는 운동을 하는 것처럼 보이는데, 이러한 천체를 초광속 퀘이사라고 부른다. 이는 제트 자체의 운동 속도와 퀘이사의 고유 운동이 조합되어 나타나는 효과이다.

국립천문대 미즈사와 VLBI 관측소의 국제 연구팀은 M87 은하 중심에 있는 거대 블랙홀에서 나오는 고에너지 플라스마 제트의 초광속 운동을 관측하고 있다^[24].

6. 관련 천체

M87: 타원은하로, 중심의 거대 블랙홀에서 나오는 상대론적 제트가 허블 우주 망원경의 가시광선^[26] 및 초대형 배열의 전파 영역에서 관측되었다.^[24] 국립천문대 미즈사와 VLBI 관측소의 국제 연구팀은 이 제트의 초광속 운동을 관측하고 있다.^[24]

참조

_[1] 논문 A Review of Astrophysical Jets https://pos.sissa.it[...] 2015
_[2] 논문 A Uniform Description of All the Astrophysical Jets https://pos.sissa.it[...]
_[3] 논문 A rapidly changing jet orientation in the stellar-mass black-hole system V404 Cygni https://eprints.soto[...] 2019-04
_[4] 논문 A review of Astrophysical Jets
_[5] 웹사이트 Star sheds via reverse whirlpool http://www.astronomy[...] 2015-05-26
_[6] 웹사이트 Hubble Detects Faster-Than-Light Motion in Galaxy M87 http://www.stsci.edu[...] 1999-01-06
_[7] 웹사이트 Evidence for Ultra-Energetic Particles in Jet from Black Hole http://news.yale.edu[...] Yale University – Office of Public Affairs 2006-06-20
_[8] 논문 Simulations of Jets Driven by Black Hole Rotation https://cds.cern.ch/[...]
_[9] 논문 Jet Velocity in SS 433: Its Anticorrelation with Precession-Cone Angle and Dependence on Orbital Phase https://www.research[...] 2021-01-15
_[10] 논문 A wind environment and Lorentz factors of tens explain gamma-ray bursts X-ray plateau 2022-09-24
_[11] 논문 Bulk Comptonization of the Cosmic Microwave Background by Extragalactic Jets as a Probe of Their Matter Content
_[12] 논문 Pair Plasma Dominance in the Parsec-Scale Relativistic Jet of 3C 345
_[13] 문서 Electron–positron Jets Associated with Quasar 3C 279 http://pc.astro.bran[...]
_[14] 웹사이트 Vast Cloud of Antimatter Traced to Binary Stars http://www.nasa.gov/[...] NASA 2008-01-09
_[15] 논문 Electromagnetic extraction of energy from Kerr black holes
_[16] 논문 Gravitational Collapse: The Role of General Relativity
_[17] 논문 Extracting X-rays, Ύ-rays, and relativistic e⁻e⁺ pairs from supermassive Kerr black holes using the Penrose mechanism
_[18] 논문 Collimated Escaping Vortical Polar e−e+Jets Intrinsically Produced by Rotating Black Holes and Penrose Processes
_[19] 웹사이트 Chandra :: Photo Album :: IGR J11014-6103 :: June 28, 2012 http://chandra.harva[...]
_[20] 논문 A closer view of the IGR J11014-6103 outflows
_[21] 논문 The long helical jet of the Lighthouse nebula, IGR J11014-6103 http://www.aanda.org[...]
_[22] 논문 Discovery of X-ray Pulsations from the INTEGRAL Source IGR J11014-6103
_[23] 웹사이트 Pair of huge plasma jets spotted blasting out of gigantic black hole https://www.theguard[...] The Guardian 2024-10-03
_[24] 웹사이트 日韓合同電波望遠鏡群で探る巨大ブラックホールジェット 〜見えてきた「超光速噴出流」の現場〜 https://www.miz.nao.[...] 国立天文台
_[25] 문서 http://www.astronomy[...]
_[26] 저널 광일 규모의 AGN에서의 상대론적 제트 구조는 무엇인가? http://www.nrao.edu/[...] 2009-02-11
_[27] 문서 M87 은하에서 빛보다 빠른 운동을 관측한 허블 http://www.stsci.edu[...] 1999-01-06
_[28] 문서 블랙홀에서 나온 제트의 초고에너지 입자에 대한 증거 https://web.archive.[...] 2006-06-20
_[29] 문서 상대론적 제트 형성에 관한 이론과 시뮬레이션: 미세퀘이사 및 거대퀘이사에 대한 통합모형에 관하여 http://arxiv.org/abs[...] 2003
_[30] 문서 블랙홀의 회전에 의해 동력이 공급된 제트에 관한 시뮬레이션 http://www.sciencema[...] 2004-08-13
_[31] 문서 질량구성 탐사로써 외부은하 제트에 의한 우주배경복사의 대규모 콤프턴 산란 http://arxiv.org/abs[...] 2005
_[32] 간행물 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 1977
_[33] 간행물 중력붕괴: 일반상대성이론의 역할 1969
_[34] 저널 펜로즈 과정을 이용한 초대질량 커 블랙홀으로부터의 X-선, 감마선, 그리고 상대론적 e⁻e⁺쌍 추출
_[35] 문서 본질적으로 회전 블랙홀과 펜로즈 과정에 의해 발생한 시준되어 탈출하는 수직 쌍극 e^-e⁺ 제트 http://arxiv.org/abs[...] 2004-08-20