[논문 리뷰] Microlensing by the Cluster of Black Holes Around Sgr A

Julio Chanamé, Andrew Gould외 1명|arXiv (Cornell University)|2001. 02. 28.

Relativity and Gravitational Theory인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 은하핵 주위의 20,000개의 항성질량 블랙홀 군집에 의한 마이크로렌즈 효과를 이용하여, 희미한 렌즈 효과를 받은 별 이미지에서 짧은 지속시간의 마이크로렌즈 사건을 통해 개별 블랙홀을 탐지하고 특성화할 수 있음을 제안한다. K(thr)=23일 때, 중간 정도의 증폭 조건에서는 연간 0.05건의 사건이 발생하지만, 고증폭 이미지가 탐지될 경우 사건 발생률이 크게 증가하여 블랙홀 질량과 속도를 빛의 변화곡선 및 천체측위 데이터로부터 명확하게 측정할 수 있다.

ABSTRACT

We show that at any given time, the Galactocentric black hole Sgr A* is expected to be microlensing about 0.7 bulge stars if the threshold of detectability of the fainter image is K(thr)=21, and about 4.6 sources if K(thr)=23. The lensed images then provide a unique probe of the 20,000 stellar-mass black holes that are predicted to cluster within 0.7 pc of Sgr A*: if one of these black holes passes close to a microlensed image, it will give rise to a short (weeks long) microlensing event. We show that the mass and projected velocity of the black hole can both be measured unambiguously from such an event, if the lightcurve and the mean astrometric displacement can be measured. For K(thr)=23 and moderate magnifications by Sgr A*, these events are expected only at a rate of 0.05 per year, so deeper observations would be required to see an event within the next decade. However, if highly magnified images of a star were found, the rate of events by the stellar black holes would be much higher.

연구 동기 및 목표

• 배경 별의 마이크로렌즈 효과를 통해 Sgr A* 주위의 밀도가 높은 별질량 블랙홀 군집에서 항성질량 블랙홀을 탐지할 수 있는지의 가능성을 조사하는 것.
• 벌레 주위의 별 이미지 근처를 지나는 개별 블랙홀에 의해 발생하는 마이크로렌즈 사건의 예상 발생 빈도를 규명하는 것.
• 이러한 사건의 빛의 변화곡선과 천체측위 이동량 데이터로부터 블랙홀의 질량과 속도를 명확하게 측정할 수 있는지 평가하는 것.
• 특히 K magnitude 임계값이 변화할 경우의 관측 조건에 따라 이러한 사건의 탐지 가능 임계값을 평가하는 것.

제안 방법

• Sgr A*가 주 렌즈로 작용한다고 가정하고, 탐지 가능 임계값 K(thr)에 기반하여 예상되는 마이크로렌즈 효과를 받은 벌레 별의 수를 모델링하는 것.
• 블랙홀 군집 내 항성질량 블랙홀이 마이크로렌즈된 별의 주 이미지 근처를 지나갈 때 발생하는 보조 마이크로렌즈 사건의 발생을 시뮬레이션하는 것.
• 빛의 변화곡선 형태와 평균 천체측위 이동량을 이용하여 간섭을 일으키는 블랙홀의 질량과 투영 속도를 추론하는 것.
• 중간 정도의 증폭 조건과 더 깊은 K magnitude 임계값(K(thr)=23)을 포함한 다양한 가정 하에 사건 발생률을 추정하는 것.
• 고증폭 조건이 관측 가능한 보조 사건의 발생률을 어떻게 증가시키는지 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 K(thr)=21과 K(thr)=23일 때 탐지 가능한 마이크로렌즈 효과를 받은 벌레 별의 수는 얼마인가?
• RQ2 블랙홀 군집 내 블랙홀들이 주 이미지 근처를 지나갈 때 발생하는 보조 마이크로렌즈 사건의 빈도는 얼마나 되는가?
• RQ3 빛의 변화곡선과 천체측위 이동량 데이터로부터 간섭을 일으키는 블랙홀의 질량과 속도를 명확하게 측정할 수 있는가?
• RQ4 고증폭 이미지가 확인될 경우 이러한 사건의 탐지 빈도는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• K(thr)=21일 때, 언제나 약 0.7개의 벌레 별이 Sgr A*에 의해 마이크로렌즈 효과를 받는 것으로 예상된다.
• K(thr)=23일 때, 약 4.6개의 벌레 별이 마이크로렌즈 효과를 받을 것으로 예상되어 보조 사건 탐지 가능성이 증가한다.
• K(thr)=23이고 중간 정도의 증폭 조건일 경우, 군집 내 블랙홀에 의한 보조 마이크로렌즈 사건의 발생률은 연간 약 0.05건으로 예상된다.
• 고증폭 이미지가 발견될 경우, 관측 가능한 보조 사건의 발생률이 크게 증가할 것이다.
• 빛의 변화곡선과 평균 천체측위 이동량이 측정 가능할 경우, 간섭을 일으키는 블랙홀의 질량과 투영 속도는 명확하게 측정할 수 있다.