Astronomy Picture of the Day
Discover the cosmos! Each day a different image or photograph of our fascinating universe is featured, along with a brief explanation written by a professional astronomer.
2013 March 12
Illustration Credit: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech
Explanation: How fast can a black hole spin? If any object made of regular matter spins too fast -- it breaks apart. But a black hole might not be able to break apart -- and its maximum spin rate is really unknown. Theorists usually model rapidly rotating black holes with the Kerr solution to Einstein's General Theory of Relativity, which predicts several amazing and unusual things. Perhaps its most easily testable prediction, though, is that matter entering a maximally rotating black hole should be last seen orbiting at near the speed of light, as seen from far away. This prediction was tested recently by NASA's NuSTAR and ESA's XMM satellites by observing the supermassive black hole at the center of spiral galaxy NGC 1365. The near light-speed limit was confirmed by measuring the heating and spectral line broadening of nuclear emissions at the inner edge of the surrounding accretion disk. Pictured above is an artist's illustration depicting an accretion disk of normal matter swirling around a black hole, with a jet emanating from the top. Since matter randomly falling into the black hole should not spin up a black hole this much, the NuSTAR and XMM measurements also validate the existence of the surrounding accretion disk.
NYSC: 초거대질량 블랙홀의 스핀업
블랙홀은 얼마나 빨리 회전할 수 있을까? 보통 물질로 만들어진 물체가 너무 빨리 회전하면 쪼개지고 말 것이다. 그러나 블랙홀은 부서지지 않을 것이다. 그렇지만 실제로 얼마나 빨리 회전하는지는 알려지지 않았다. 아이슈타인의 일반 상대성 이론에 근거한 방정식의 한 가지 답인 Kerr의 해를 가지고 과학자들은 고속 회전 블랙홀의 이론적 모형을 구축한다. Kerr 블랙홀 모형은 블랙홀의 몇 가지 놀랍고도 이상한 속성을 예측한다. 그러나 이들 중에서 최대회전 속도에 관한 예측은 손쉽게 검증될 수 있는 사안의 것이다. 최대 속도로 선회하는 블랙홀에 들어가는 물질이 빨려 들어가는 마지막 순간에 이르러서는, 멀리 떨어져 있는 관측자에게는, 거의 빛의 속도로 궤도 선회를 하는 것으로 관측 될 것이다. Kerr 블랙홀의 이 예측이, 최근 NASA의 NuSTAR와 ESA의 XMM 위성이 나선형 은하 NGC 1365의 중심에서 관측한, 초거대질량의 블랙홀에서 실제로 성립하는 것으로 확인되었다. 강착원반의 안쪽 경계 지역의 원자핵들이 방출하는 스펙트럼선의 폭을 측정하고 그 지역에서 이뤄진 물질의 가열 정도를 알아봄으로써, 광속에 가까운 한계 속도의 궤도 운동을 확인할 수 있었다. 위 사진은 예술가가 자신의 상상력을 동원해서 블랙홀 주변에서 소용돌이치는 일반 물질의 강착 원반에서의 상황을 묘사한 삽화이다. 원반 위쪽 방향으로의 제트가 분출되는 모습이 보인다. 물질이 블랙홀로 마구잡이식으로 떨어진다면, 그 물질이 블랙홀의 회전을 이 만큼 빠르게 가속하지는 못할 것이다. 그러므로 NuSTAR와 XMM의 관측 결과가, 블랙홀 주위에 체계적으로 회전하는 강착원반의 존재도 같이 입증한 셈이다.