05.02 - 제트 분출(Jets)
From a distance, you might expect that there isn't much to see when looking at a black hole like Cygnus X-1.
씨그너스 X-1 같은 블랙홀을 멀리 떨어져 보면 별로 보이는게 없으리라 생각될 것이다. [블랙홀 인데 당연히 아무것도 안보여야지!]
However, black holes can be some of the brightest objects in the night sky.
하지만 블랙홀은 밤하늘에서 가장 밝은 천체의 축에든다. [뭐라?]
This is not due to the black hole itself emitting light, but is an indirect result of the effects the black hole has on the space around it. The bright lights that we see emanating from the regions around black holes are due to the material the black hole is feeding on. And from any material escaping from its mouth.
그 이유는 블랙홀이 빛을 내기 때문이 아니고 블랙홀을 두러싸고 일어나는 현상 때문에 일어나는 간접적인 빛이다. 밝은 빛은 블랙홀로 빨려 들어가는 물질들이 차지한 영역에서 발산된다. 아울러 블랙홀이 먹다 흘린의 물질에서도 나온다.
If the black hole's gravity is so strong, how can some of this material escape?
블랙홀의 중력이 빛조차 빨아들일 만큼 강력하다면서 어떻게 삐져나오는 물질들이 있을까?
One of the first things we detect from Cygnus X-1 are the radio waves and X-rays being produced from cone-like structures that seem to originate from the area around its rotational axis.
시그너스 X-1에서 삐져 나오는 빛 중 우리가 발견한 것은 전파와 X-선으로 회전축을 따라 마치 깔데기 모습을 하고 있는 물질에서 방출한다.
These structures are called astrophysical jets, and they are one of the few structures associated with black holes that have been imaged directly.
이 구조물을 천체 물리학적 분출물이라고 한다. 이는 직접 관측된[사진으로 찍힌] 블랙홀 주변의 몇 안되는 구성물 중 하나다. [블랙홀을 둘러싼 구조물의 다른 하나는 강착원반]
These cone-like structures can funnel material away from the black hole, and in the case of Cygnus X-1, release the power of more than 1,000 suns.
이 원뿔모양의 구조는 물질들을 멀리 내뿜을 수 있는 깔때기다. 시그너스 X-1의 경우 (내뿜는 에너지는) 태양의 1000배 이상의 위력을 가졌다.
Astrophysical jets are thought to be powered by material falling onto the black hole or another compact object, but the formation of jets is not yet fully understood.
천체물리학적 제트는 블랙홀이나 다른 응집된 천체로 빨려들어가는 물질들에 의해 생겨난 것으로 여겨진다. [제트 분출은 블랙홀 외에서도 일어나는 현상이다.] 하지만 이 분출이 생기는 이유는 확실히 밝혀지지 않았다. [주변 물질들이 빨려들어가기 때문에 분출이 생긴다니 웬지 모순이 아닌가?]
Imagine water cascading over a waterfall. The turbulence at the bottom and the resulting mist are analogous to the way jets are formed.
폭포수가 아래 샘으로 떨어지는 모습을 상상해보자. 바닥에서 폭포수일으키는 난류가 물안개를 피워올리는 현상을 제트 형성에 비유하기도 한다. [어색하다]
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We still don't know what jets are composed of, but leading theories suggest that they are either electrically neutral combinations of electrons, atomic nuclei and positrons,
여전히 제트 분출물의 성분이 어떻게 되는지도 여전히 모른다. 전자, 원자핵 그리고 양전자들이 섞여 전기적 중성일 것이라는 주장을 하는 이론가들이 일부 있다.
or a positron-electron plasma.
혹은 양전자와 전자의 플라즈마 일 것이라는 주장도 있다.
This material is responsible for creating the light that we detect when we see jets.
이 분출물질들이 우리가 [블랙홀의] 제트 분출에서 빛이 관측되는 이유다.
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Near the inner edge of the accretion disk, hot material interacts with the magnetic fields generated within the disc.
강착원반의 안쪽끝에 뜨거운 물질들이 원반에 의해 생성된 자기장에 반응한다.
[물질들이 빨려 들어가면서 고온으로 가열되고 플라즈마상태로 회오리 친 결과 강력한 자기장이 형성된다는 이론이 있다.]
Due to these extreme conditions, not only is the material hot enough to be in a state of matter called plasma. But this plasma strongly interacts with magnetic fields to produce light in a process called synchrotron radiation.
이 극한의 환경 덕에 이 물질들이 플라즈마라고 하는 상태가 될정도로 뜨거워진다. 뿐만 아니라 이 플라즈마는 자기장과 강력하게 작용하여 싱크로트론 복사로 빛을 발산한다.
Although the precise mechanism of the interaction is still unknown, there is no doubt that huge amounts of energy escape from the enfolding material in the form of a jet.
아직 이 상호작용의 정확한 기작은 밝혀지지 않았다. 하지만 제트분출의 모습으로 물질을 감싼곳[깔대기 모습의]에서 거대한 양의 에너지가 뿜어져 나온다는 사실은 분명하다.
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In fact, there is so much energy within the escaping material that it can reach 10% of the speed of light. When this occurs, we say that the jets are relativistic. Relativistic jets can be seen emanating from compact objects like neutron stars and black holes.
사실 분출하는 물질 안에는 큰 에너지를 가지고 있어 [분출] 속도가 빛의 10%에 가깝다. 이 속도라면 분출은 상대론적이다. [상대론의 효과가 무시할 수 없는 속도다.] 상대론적 제트는 블랙홀과 중성자별 같은 밀집된 천체에서 분출이 발견된다.
Jets originate at the magnetic poles of the compact objects and are, in general, aligned with the spin axis of the compact object. This is not always the case however, as jets can be slightly offset from the spin axis. The magnetic poles of the Earth, for example, are offset from the rotational poles. This slight offset in jets can be observed as a wobble or a lighthouse effect.
제트는 밀집된 천체의 자기극에서 시작되어 일반적으로 밀집된 천체의 회전축과 일치한다. 제트 분출의 축이 회전축과 약간 틀어진 경우도 있는 점으로 봐서 항상 일치하는 것 같지는 않다. 예를 들어 지구의 자기극도 자전축과 약간 틀어져있다. 이렇게 틀어진 분출로 인해 비틀거림이나 등대효과가 관측되기도 한다.
The lighthouse effect occurs as light from the jet sweeps across the field of view. Just like light from a lighthouse sweeps past you as it rotates. While this effect can be seen in any type of compact object, including Cygnus X-1, the lighthouse effect is more commonly associated with a class of neutron stars known as pulsars.
등대효과는 제트가 시선을 쓸고 지나갈 때 일어난다. [기울어진 축이 회전 하면서 빛이 빤짝이는 것] 이는 마치 등대 불빛이 눈앞을 쓸고 지날때 반짝이는 것처럼 보이는 것과 같다. 이 효과는 시그너스 X-1 처럼 밀집된 천체에서 늘 발견되는 현상인데 펄서라고 하는 중성자 별에서 더 확실하게 보인다.
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The jets from Cygnus X-1 are 100 times longer than the distance between the Earth and our sun when imaged in x-rays. On the other hand, if we look at the radio emission from Cygnus X-1, there is evidence that the jets extend even further, possibly 600,000 times the distance between the Earth and our sun.
X-선 관측 영상으로 본 시그너스 X-1에서 분출되는 제트의 길이는 태양과 지구 거리의 100배에 달한다. 한편 전파 방출은 태양과 지구 사이의 거리에 60만배가 넘을 것이라는 관측증거도 있다. [분출되는 전자기파의 측정강도에 따라 길이는 달라진다.]
If a jet is not pointed towards us, the wobble can be seen through other effects. A good example can be seen in the relativistic jet originating from the elliptical galaxy M87. M87 contains one of the largest known supermassive black holes. Which powers itself by devouring material at a rate equal to one solar mass every ten years.
제트의 축이 우리를 향하고 있지 않으면 다른 현상과 함께 반짝임이 관측된다. 그 좋은 예로 M87 타원은하에서 분출되는 제트다. M87은 대형 초거대 블랙홀을 중심에 품고 있다. 이 블랙홀은 10년마다 태양계 전체질량의 물질을 집어삼키고 있다.
M87's jet is a jaw-dropping 5,000 light years in length, spanning more than 4% of its host galaxy. These NASA images of M87 show clear bends and kinks that come both from the wobble of the jets and from their interactions with the material in the surrounding space.
M87의 제트 길이는 5천광년에 이르고 이는 은하 크기의 4%가 넘는 길이다. 위의 NASA에서 제공된 M87의 사진을 보면 확실히 굽고 비틀는 모습이 확실하게 보인다. 이는 제트의 반짝임 현상[등대효과] 과 주변 공간에 퍼져 있는 물질들과의 작용으로 인한 것이다.
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Since the material within a jet is traveling so quickly, we'd expect it to have features related to its motion. And indeed, it does.
제트 속의 물질들이 분출하는 속도가 매우 빠른 까닭에 그로 인한 효과도 관측된다.
Material from the jets is subject to the same Doppler shifts that we discussed in module one. Which is evidenced by the fact that material traveling away from us appears to be redder and dimmer. Versus the brighter and bluer jets that are directed towards us.
제트에서 분출되는 물질의 속도가 같으므로 도플러 편이도 같게 나와야 한다. 우리 시선에서 멀어지는 방향으로 분출되는 제트 기둥은 더 붉고 어둡게 보이고 우리 시선을 향한 기둥은 푸르고 밝게 관측된다.
A good example of this was a recent survey by NASA Chandra Observatory of Piktar-A galaxy containing a supermassive black hole. NASA calls this black hole The Death Star because of the powerful beams of energy it generates. This is one of the best images we have of a complete system around a supermassive black hole.
그 예로서 최근 NASA의 챈드라 관측소[20년 째 작동중인 X-선 우주 망원경]에서 초거대 블랙홀을 가진 픽타-A(Piktar-A) 은하의 탐색에서 나온 최근 관측사진이다. NASA는 강력한 에너지 빔이 뿜어내는 이 블랙홀을 죽음의 별(The Death Star)이라고 불럿다.
In this image, the central black hole of Piktar-A is obscured by an intense X-ray source, depicted by the color blue, which is also the source of the jets.
사진에서 보면 픽타-A의 중심에 있는 블랙홀이 강한 X-선 광원에 쌓여 있다. 파란색으로 칠해진 광이 X-선이다. 중심의 강한 광원이 제트 분출구 이기도 하다.
The blue jet that is visible on the right-hand side of the image is pointed roughly towards us.
사진에서 오른편으로 뻗은 제트가 보이는데 우리를 향한 분출기둥이다.
But the counter jet on the other side is pointed away. Due to Doppler shifting, we aren't able to see the counter jet.
반대쪽으로 향한 기둥은 잘 보이지 않는데 도플러 편이로 인하여 X선 관측 범위를 벗어났기 때문이다.
The red clouds, labeled in this picture, are also an important part of the environment around black holes. They are called radio lobes because they produce significant amounts of radio frequency radiation.
붉은 구름처럼 보이는 영역은 블랙홀 주변의 중요한 환경요소인 전파 기둥(radio lobes)이다.전파 복사가 나오는 모습을 볼 수 있다. [X선 영상과 전파 영상에 각각 색을 입혀 합성한 사진이다.]
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We mentioned earlier that the size of the jet in M87, is more than 5,000 light years long. The jets emanating from Piktar-A have been estimated to be 800,000 light years in length, more than 8 times the span of the entire Milky Way galaxy.
앞서 M87의 제트 길이가 5천 광년이 넘을 것이라고 했는데 픽타 A의 제트는 무려 8십만 광년 멀리까지 분출되고 있다. 이는 우리 은하전체 크기의 8배를 넘는다.
With some jets from black holes exceeding the size of most galaxies, it's safe to say that some jets generated from black holes are among the biggest structures in our universe.
블랙홀이 내뿜는 제트의 길이가 어지간한 은하의 크기를 뛰어넘는다. 우리 우주에서 가장 큰 규모의 구조 물이라고 해도 무방 하리라.
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[인터뷰]
What is important about a black hole's jet?
블랙홀의 제트 분출이 중요한 점은 무엇인가?
Interview with Dr. Bryan Gaensler, Director of the Dunlap Observatory at the University of Toronto
토론토대학 던롭 천문대장 브라이언 갠슬러 박사와 인터뷰
Everyone thinks the black holes are sucking things in. But it turns out that one of the most important things about black holes is that they also shoot stuff out. Now the stuff that comes out is not material that's fallen into the black hole because that can never escape, but material that just misses and then gets squirted out in these two high-speed jets.
사람들이 보통 블랙홀은 모든것을 빨아들인다고 생각하죠. 하지만 토해내는 것들도 있다고 밝혀진 점에 주목합니다. 토해내는 것들은 빨아들인 물질과 다릅니다. 빨려들어가는 물질은 탈출 할 수 없기 때문이죠. 하지만 빗나간 물질들이 두줄기 빠른 제트로 분출 됩니다.
I'd like to understand how the universe became magnetic. That looks like one of the leading candidates for this, are black holes.
우주가 어떻게 자성을 띄는지 알고 싶습니다. 가장 유력한 이유는 블랙홀 때문일 겁니다.
As the material gets squirted out from the black hole at high speed, what keeps these jets long and straight is actually magnetism. So effectively, its magnetic fields that have been blasted into space at high-speed by the black holes.
물질들이 블랙홀에서 빠른 속도로 분출되는데 실제로 자성이 분출물들을 길고 곧게 뻔어갈수 있게 합니다. 블랙홀[빨려들어가며 회오리치는 고온의 물질들]에 의해 자기장이 공간으로 뻗어 나갑니다.
So it could turn out that the origin of all the magnetism in the universe is black holes, and like some high-speed water jet, they have actually sprayed magnetic fields all over the universe.
그러니까 우주의 자성의 원천은 블랙인 셈이죠. 고속의 물줄기처럼 전 우주공간에 자기장을 흗뿌려 놓는 겁니다.
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