천문학자들은 시뮬레이션된 데이터를 사용하여 궤도를 도는 물체에 의해 생성되는 우주 시공간의 잔물결인 하늘의 중력파를 엿볼 수 있습니다. 이 이미지는 향후 10년 내에 발사될 것으로 예상되는 우주 기반 중력파 관측소가 우리 은하계에 대한 우리의 이해를 어떻게 향상시킬 것인지 보여줍니다.

천문학자들은 시뮬레이션된 데이터를 사용하여 하늘을 중력파로 매핑했으며, 이는 쌍성계를 탐지하기 위해 우주 관측소가 필요하다는 것을 보여주었습니다. LISA와 같은 향후 프로젝트는 탐지하기 어려운 수천 개의 시스템을 발견하여 우주 관측의 패러다임 전환을 알리는 것을 목표로 합니다. (아티스트의 일러스트레이션 - 아래 시뮬레이션 비디오 참조)

2015년부터 지상 관측소에서는 항성질량 블랙홀, 중성자별 또는 이 둘의 쌍으로 구성된 시스템의 합병을 나타내는 약 100개의 사건을 감지했습니다. 이러한 신호는 일반적으로 1분 미만 지속되고 상대적으로 고주파수이며 하늘 어디에서나 나타날 수 있으며 우리 은하계 훨씬 너머의 소스에서 발생합니다.

시뮬레이션된 소형 쌍성계 집단의 중력파가 결합하여 전체 하늘의 합성 이미지를 생성하는 모습을 지켜보세요. 이 시스템에는 백색왜성, 중성자별 또는 긴밀한 궤도의 블랙홀이 포함되어 있습니다. 향후 10년 안에 우주 기반 중력파 관측소가 가동되면 실제 데이터를 활용해 이러한 지도를 만드는 것이 가능해질 것이다. 강조 표시는 신호가 더 강한 소스를 나타내고, 밝은 색상은 주파수가 더 높은 소스를 나타냅니다. 색상 패치가 클수록 소스의 위치가 덜 명확하다는 것을 나타냅니다. 삽입된 그림은 유럽 우주국(ESA)이 NASA와 협력하여 설계하고 2030년대에 발사될 예정인 관측소인 LISA(레이저 간섭계 우주 안테나)의 감도 한계뿐만 아니라 중력 신호의 주파수와 강도를 보여줍니다. 출처: NASA 고다드 우주 비행 센터

메릴랜드 대학교 칼리지 파크 연구원이자 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터의 연구원인 세실리아 실렌티(Cecilia Chirenti)는 "쌍성계도 은하계에 거주하고 있으며 우리는 그 중 다수가 백색왜성, 중성자별, 블랙홀과 같은 긴밀한 궤도에 밀집된 물체를 포함할 것으로 기대합니다"라고 세실리아 치렌티는 말했습니다. "그러나 중력파 윙윙거리는 주파수가 너무 낮아 지상 감지기가 감지할 수 없기 때문에 이를 '듣기' 위해서는 우주 관측소가 필요합니다."

천문학자들은 이러한 시스템을 UCB(초소형 바이너리)라고 부르며, 유럽 우주국(ESA)과 NASA의 협력인 LISA(레이저 간섭계 우주 안테나)와 같은 미래 관측소에서는 수만 개의 UCB를 감지할 것으로 예상합니다. UCB는 종종 발견하기 어렵습니다. 가시광선에서는 종종 희미하며, 천문학자들은 현재 궤도 주기가 1시간 미만인 소수의 UCB만 알고 있습니다. 새로운 UCB를 많이 발굴하는 것은 LISA의 주요 목표 중 하나입니다.

미래 우주 기반 중력파 관측소를 위한 기술을 테스트하려는 ESA의 임무인 LISA Pathfinder의 예술적 인상. LISA는 LISA Pathfinder와 LIGO의 성공을 기반으로 개발된 우주 기반 중력파 관측소입니다. 출처: ESA-C. 까로

팀은 이러한 시스템의 예상 분포와 중력파 신호를 시뮬레이션한 데이터를 사용하여 해당 데이터를 은하수 UCB의 전체 하늘 보기로 결합하는 방법을 개발했습니다. 이 기술은 Acta Astronomica에 게재된 논문에 설명되어 있습니다.

고다드 천체물리학자 아이라 소프(Ira Thorpe)는 “우리의 이미지는 가시광선, 적외선, X선 등 특정 유형의 빛으로 하늘을 파노라마로 관찰하는 것과 직접적으로 유사하다”고 말했다. "중력파가 가져오는 희망은 우리가 우주를 완전히 다른 방식으로 관찰할 수 있다는 것입니다. 이 이미지는 실제로 그 점을 깨닫게 해줍니다. 언젠가는 실제 LISA 데이터로 만든 버전을 포스터나 티셔츠에서 볼 수 있기를 바랍니다."