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다시 검출된 중력파 - 블랙홀 충돌은 흔하게 발생한다?



(This image depicts two black holes just moments before they collided and merged with each other, releasing energy in the form of gravitational waves. On Dec. 26, 2015, after traveling for 1.4 billion years, the waves reached Earth and set off the twin LIGO detectors. This marks the second time that LIGO has detected gravitational waves, providing further confirmation of Einstein's general theory of relativity and securing the future of gravitational wave astronomy as a fundamentally new way to observe the universe. The black holes were 14 and 8 times the mass of the sun (L-R), and merged to form a new black hole 21 times the mass of the sun. An additional sun's worth of mass was transformed and released in the form of gravitational energy. Credit: Numerical Simulations: S. Ossokine and A. Buonanno, Max Planck Institute for Gravitational Physics, and the Simulating eXtreme Spacetime (SXS) project. Scientific Visualization: T. Dietrich and R. Haas, Max Planck Institute for Gravitational Physics. )​
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 LIGO가 두 번째 중력파를 검증했다는 소식입니다. 2015년 12월 26일 검출한 것으로 검증을 거쳐 이제 공개된 것입니다. 이 중력파는 14억년 전의 것으로 대략 태양 질량의 14배와 8배 정도 되는 블랙홀이 충돌한 결과로 보입니다. 두 개의 블랙홀이 합체 직전 강력한 중력 간섭에 의해 중력파를 내놓는데 이번에 ㄱ검출한 중력파는 마지막 14번의 공전에 의해 생긴 것으로 보입니다. 새로운 블랙홀은 태양 질량의 21배 정도로 나머지는 충돌 에너지로 방출됩니다.
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 사실 블랙홀의 충돌 자체는 흔하게 발생할 것입니다. 하지만 여기서 생기는 중력파는 아주 미세한 시공간의 파동을 만들기 때문에 이를 다 검출하기는 어렵습니다. 그럼에도 3개월만에 두 개의 중력파를 검출했다는 것은 블랙홀의 충돌이 우주에서 그렇게 드물지 않은 사건이라는 점을 시사합니다.
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 현재 LIGO는 대규모 업그레이드를 통해서 검출 정확도를 높이고 있습니다. Advanced LIGO가 등장하면 과학자들은 중력파에 대한 더 상세한 정보를 얻게 될 것입니다.
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 한편 과연 이 중력파가 어디서 나온 것인지에 대한 연구도 같이 진행 중입니다. 노스웨스트 대학의 연구팀은 이런 작은 규모의 블랙홀이 충돌할 수 있는 최적의 장소로 오래된 구상성단(Globular cluster)을 주목했습니다.
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 구상성단은 수많은 별이 공모양으로 중력에 의해 묶인 집단으로 적어도 수만에서 수백만 개의 별이 존재합니다. 매우 가까운 위치에 별이 존재하다보니 블랙홀이 발생할 경우 동반성을 만나기도 쉽고 항성 질량 블랙홀끼리 마주칠 기회 역시 흔한 셈입니다.
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 연구팀은 다양한 시뮬레이션을 통해서 구상성단이 오랜 세월을 통해 수백번의 블랙홀 충돌을 일으킬 수 있음을 확인했습니다. 우주에 있는 수많은 구상성단을 고려하면 연간 100회 이상의 충돌이 발생할 것입니다. Advanced LIGO가 본격적으로 정보를 수집하면 구상 성단에서 발생한 많은 중력파 검출이 가능해질 것입니다. 물론 이외에도 은하 중심 블랙홀 충돌같이 드물지만 더 강력한 중력파도 존재합니다.
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 중력파는 단순히 아인슈타인의 상대성 이론을 확인하는 것 이상의 의미를 지니고 있습니다. 중력파는 미세하긴 하지만 우주 전체를 관통하기 때문에 이를 통해서 물질의 분포 등을 알아낼 수 있습니다. 중력파 천문학이 가능해지는 것입니다.
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 중력파 검출은 이제 시작입니다. 앞으로 어떤 새로운 사실들이 밝혀지게 될 지 궁금합니다.
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 참고
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 Carl L. Rodriguez et al, DYNAMICAL FORMATION OF THE GW150914 BINARY BLACK HOLE, The Astrophysical Journal (2016). DOI: 10.3847/2041-8205/824/1/L8

http://phys.org/news/2016-06-mosh-pits-star-clusters-source.html#jCp
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