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하나는 8개 정도의 태양 질량, 다른 하나는 30개의 태양 질량 크기로 구성된다.
불균형적 짝이 있다는 것을 증명, 아인슈타인의 예측이 올바른지 확인할 수 있다.
합병은 19~29억 광년의 거리에서 이루어졌다.

새로운 유형의 중력파 감지
질량이 매우 고르지 않은 블랙홀의 융합 신호

고유한 신호 :
천문학자들이 전에 관찰된 적이 없는 사건의 중력파를 포착했다.
두 개의 서로 다른 블랙홀이 합쳐졌다. 하나는 8개 정도의 태양 질량으로 다소 작고 다른 하나는 30개의 태양 질량 크기로 구성된다. 이 사건은 그와 같은 불균형적 짝이 있다는 것을 증명할 뿐만 아니라 이것으로 아인슈타인의 예측이 올바른지 확인할 수 있다.

▲ 이것은 작은 블랙홀과 훨씬 더 큰 블랙홀이 합쳐 졌을 때의 모습이다. 천문학자들이 처음으로 시연한 것이다. © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno / Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

2016년에 처음으로 중력파가 감지된 이후 미국에 있는 LIGO 검출기와 이탈리아에 있는 Virgo-검출기는 수십 개의 다른 시공간 충격을 기록했다. 이 중력파의 원천은 주로 ​​두 개의 블랙홀의 합병이지만, 중성자별 충돌, 한 블랙홀과 중성자별의 불균형적인 짝도 포함된다.

"악기의 색조처럼"

LIGO와 Virgo는 독특한 신호를 포착했다.
이 GW190412 중력파는 2019년 4월 12일에 세 번째 측정 시즌이 시작된 지
2주 만에 감지됐다. 연구원들은 이전에 3개의 검출기의 감도를 크게 향상시켰다.
이것이 바로 이 특이한 신호를 감지할 수 있게 해준 것이다.

이전의 모든 사건에서 중력파는 전형적인 패턴을 따랐다. 파동의 진폭과 주파수는 느리게 증가하고 충돌 후에 갑자기 떨어진다. 일반적으로 한 가지 유형의 진동이 지배적이다.
그러나 GW190412는이 패턴에 맞지 않았다. 이 중력파로 인해 기본 주파수의 배수로 진동이 생겼다.

거인이 난쟁이를 삼킨다

하노버에 있는 막스플랑크 중력물리 연구소(Max Planck Institute of Gravitational Physics Institute)의 프랑크 오메(Frank Ohme)는 "GW190412에서 처음으로 악기의 색조와 유사한 높은 조화음의 중력파 윙윙 소리를 들었다"고 설명했다. 흥미로운 것은 이러한 과도한 스윙은 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 예측한 질량이 다른 물체가 서로 합쳐지는 사건을 말해주는 것이다.

천문학자들이 결정한 바와 같이, GW190412의 경우, 약 30배 태양 질량을 가진 큰 블랙홀은 약 8배의 태양 질량을 갖는 더 작은 블랙홀을 삼켰다. 두 물체가 완전한 나선형 원을 그리지 않은 것은 질량 차이 때문이다. 대신, 작은 블랙홀이 큰 블랙홀의 중력으로 충돌하게 되고 방출된 중력파에 "오버 톤"이 생성된다.

▲ 중력파의 진동 패턴은 궤도면과 두 블랙홀의 회전에 대한 정보도 제공한다. © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno / Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

블랙홀 중 하나가 회전

오메스(Ohmes)의 동료 로베르토 코테스타(Roberto Cotesta)는 “이것은 우리가 큰 질량 차이를 가진 최초의 이중 블랙홀 시스템을 관찰한 것이다. 큰 질량 차는 우리와의 거리, 보는 각도, 무거운 블랙홀이 축을 중심으로 얼마나 빨리 회전하는지와 같은 시스템의 여러 속성을 보다 정확하게 측정 할 수 있다는 것을 의미한다"고 말했다.

분석 결과 합병은 19~29억 광년의 거리에서 이루어졌다.
파동의 패턴은 더 큰 블랙홀이 자체 축을 중심으로 회전한다는 것을 나타낸다.
이것은 일반상대성 이론이 블랙홀에 허용되는 회전 범위내에 놓여 있다.

"이것은 시작일 뿐이다"

천문학자에 따르면, 고르지 않은 블랙홀은 전체 빙산의 일각일 수 있다.
GW190412의 관찰은 유사한 시스템이 일부 모델에서 예측한 것만큼 드물지 않다는 것을 의미한다. "LIGO와 Virgo의 모든 측정 시즌은 우리 우주에 대한 새로운 통찰력을 주었다. 그리고 세 번째 측정도 예외는 아니다"라고 Ohme은 말한다. "우리가 블랙홀 쌍의 다양성을 이해하기 시작했다는 것은 분명하다."

연구원들은 관측 시간이 길어지고 감도가 점점 높아질수록 이 숨겨진 블랙홀 집단의 그림을 점차 완성할 것이라고 말했다.

© N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno / Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik,

Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration
출처: LIGO, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

[더사이언스플러스=문광주]

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