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우주 이야기 441 - LIGO가 발견한 중력파는 하나의 초신성에서 발생?



(On Sept. 14, 2015, LIGO detected gravitational waves from two merging black holes, shown here in this artist's conception. The Fermi space telescope detected a burst of gamma rays 0.4 seconds later. New research suggests that the burst occurred because the two black holes lived and died inside a single, massive star. Credit: Swinburne Astronomy Productions)​
 2015년 9월 14일 관측된 중력파는 두 개의 블랙홀의 충돌에서 발생한 것으로 추정되고 있습니다. 중력파를 발견한 것은 그 자체로 100년 만의 쾌거지만, 이제는 그 중력파가 정확하게 어떻게 생겼는지에 대한 논의가 이어지고 있습니다. 그리고 사실 이것은 앞으로 발전하게 될 중력파 천문학을 예고하는 것과 같습니다.
 LIGO가 중력파를 관측하고 0.4초 후 페르미 망원경은 초신성 폭발을 시사하는 감마선 버스트를 발견했습니다. 다소 드문 사건 두 개가 동시에 일어난 것은 아마도 두 사건이 연결되어 있을 것이라는 점을 시사합니다. 하지만 어떻게 연결이 되어 있는지에 대해서는 아직 확실한 답이 없습니다.
 하버드 대학의 천체물리학자인 아비 레오브(Harvard astrophysicist Avi Loeb of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA))는 어쩌면 하나의 거대 별 내부에 두 개의 블랙홀이 생성된 것이 원인일지도 모른다는 가설을 주장했습니다.
 다른 가능성있는 가설로는 두 개의 쌍성계가 이중 블랙홀을 형성했다가 충돌하는 경우입니다. 그러나 이 경우 블랙홀 사이 거리가 크기 때문에 초신성 폭발 이후 상당한 시간이 흐른 뒤에 두 개의 블랙홀이 충돌했을 가능성이 큽니다.
 두 개의 블랙홀이 초신성 폭발 직후 충돌하려면 매우 가깝게 존재해야 합니다. 가능성 있는 대안 가운데 하나는 빠르게 회전하는 거대 질량 별 중심에 아령같은 두 개의 핵이 생기고 밀도와 중력이 높아짐에 따라 마지막 순간에 두 개의 거의 비슷한 질량의 블랙홀 (이 경우에는 태양 질량의 29배와 36배)이 발생한 후 충돌했다는 것입니다.
 이 가설이 사실이라면 이 초신성 폭발은 가장 강렬한 폭발을 일으키는 초신성 폭발일 것입니다. 하지만 아직 결론을 내리기에는 문제가 존재합니다. 페르미는 감마선 버스트를 관측한 반면, 유럽 우주국의 인테그랄(INTEGRAL) 감마선 위성은 관측을 못했기 때문입니다.
 아직은 관측 데이터가 부족하기 때문에 결론을 내릴 수 없지만, 사실 이는 앞으로 태동할 중력파 천문학을 예고하는 것과 같아 보입니다. 중력파를 통해 여러 가지 천문 현상 (예를 들어 블랙홀의 충돌, 혹은 그와 연관있는 초신성 폭발이나 은하 충돌) 을 관측할 수 있기 때문입니다.
 지금은 여러 가지 가설이 제기되는 단계이지만, 앞으로 관측을 통해 많은 사실들이 밝혀지게 될 것으로 기대합니다.
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