기록적인 블랙홀 충돌은 그 크기와 속도로 과학자들을 놀라게 했습니다. LIGO-Virgo-KAGRA 천문대에 의해 감지된 이 사건은 두 개의 거대한 블랙홀(각각 우리 태양보다 100배 이상 더 크다)이 합쳐져서 회전하는 우주 거인을 형성하는 것을 보았습니다. 최종 결과는 태양보다 225배 더 큰 블랙홀이 되어 물리학의 한계에 가까운 속도로 회전하게 됩니다. 이번 발견은 이전의 블랙홀 크기 기록을 깨뜨렸을 뿐만 아니라 블랙홀 형성 메커니즘에 대한 우리의 이해를 뒤바꾸었습니다.

두 개의 거대 블랙홀이 심우주에서 충돌해 기존 이론을 뒤집는 궁극의 거대 블랙홀이 탄생했다. 과학자들은 이것이 지금까지 발견된 합병 중 가장 거대하고 빠르게 회전하는 합병이라고 말합니다.

LIGO-Virgo-KAGRA(LVK) 공동 작업은 중력파를 사용하여 기록된 가장 거대한 블랙홀 합병을 감지하는 획기적인 발견을 했습니다. 이번 탐지는 국립과학재단(NSF)이 자금을 지원하는 핸포드(Hanford)와 리빙스턴(Livingston)에 있는 LIGO 관측소를 통해 가능해졌습니다. 합병 후 형성된 블랙홀의 질량은 태양 질량의 225배 이상이다. GW231123이라는 신호는 2023년 11월 23일 LVK 네트워크의 네 번째 관측 캠페인(O4) 중에 캡처되었습니다.

이번에 합쳐진 두 블랙홀의 질량은 각각 태양의 100배, 140배로 추정된다. 크기가 클 뿐만 아니라 회전 속도도 매우 빠릅니다. 이러한 조합은 신호 분석을 극도로 어렵게 만들고 이러한 블랙홀의 기원이 극도로 복잡할 수 있음을 시사합니다.

중력파는 블랙홀이나 중성자별과 같은 거대한 물체의 충돌과 같은 고에너지 우주 사건에 의해 생성되는 시공간의 작은 파문입니다. 이 파동은 빛의 속도로 근원지에서 바깥쪽으로 이동하며, 길을 따라 공간을 늘리고 압축합니다. 중력파는 지구에 도달할 때 매우 약하지만 이를 생성한 물체의 특성, 운동 및 구조에 대한 귀중한 정보를 전달하여 빛 에너지가 보여줄 수 있는 것 이상으로 우주를 관찰할 수 있는 독특한 방법을 제공합니다.

카디프 대학교 교수이자 LIGO 과학 협력 회원인 마크 해넘(Mark Hannum)은 "이것은 우리가 중력파를 통해 관찰한 것 중 가장 거대한 블랙홀 쌍성이며 블랙홀이 어떻게 형성되는지에 대한 우리의 이해에 실질적인 도전을 제기합니다"라고 말했습니다. "이 정도 크기의 블랙홀은 항성 진화의 표준 모델에서는 금지됩니다. 한 가지 가능성은 이 쌍성의 두 블랙홀이 이전의 더 작은 블랙홀의 합병으로 형성되었다는 것입니다."

과학자들은 현재 O4 관측에서 발견된 새로운 후보 블랙홀 합병을 포함하여 중력파를 통해 약 300개의 블랙홀 합병을 관찰했습니다. GW231123 이전에 확인된 가장 큰 블랙홀 쌍성은 GW190521 사건과 관련이 있었는데, 이 사건의 총 질량은 태양 질량의 140배에 불과했습니다.

탐지의 경계를 허물다

GW231123 블랙홀의 높은 질량과 매우 빠른 회전 속도는 중력파 탐지 기술과 기존 이론 모델의 한계를 뛰어 넘었습니다. 신호에서 정확한 정보를 추출하려면 빠르게 회전하는 블랙홀의 복잡한 역학을 설명할 수 있는 이론적 모델을 사용해야 합니다.

포츠머스 대학의 찰리 호이(Charlie Hoy) 박사는 다음과 같이 설명했습니다. "블랙홀은 매우 빠르게 회전하는 것으로 보입니다. 이는 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 허용하는 한계에 가깝습니다. 이로 인해 신호를 모델링하고 해석하기가 어렵습니다. 이는 우리의 이론적 도구 개발을 발전시키는 훌륭한 사례 연구입니다."

연구자들은 계속해서 분석을 개선하고 그러한 극단적인 사건을 설명하는 데 사용되는 모델을 개선하고 있습니다. 버밍엄 대학의 조교수인 그레고리오 카룰로(Gregorio Carullo) 박사는 “이 복잡한 신호 패턴과 그 모든 의미를 완전히 밝히려면 학계에서 수년이 걸릴 것입니다.”라고 말했습니다. "가장 가능성 있는 설명은 블랙홀 합병으로 남아 있지만, 더 복잡한 시나리오가 예상치 못한 특징을 해독하는 열쇠를 쥐고 있을 수 있습니다. 앞으로 흥미로운 시대가 올 것입니다!"

중력파 천문학이 새로운 시대를 맞이하다

미국의 LIGO, 이탈리아의 Virgo, 일본의 KAGRA와 같은 중력파 탐지기는 블랙홀 합병과 같은 격렬한 우주 사건으로 인해 발생하는 시공간의 미세한 왜곡을 측정하도록 설계되었습니다. 네 번째 관측 실행은 2023년 5월에 시작되며, 첫 번째 단계(2024년 1월까지)의 결과는 올 여름 말에 발표될 예정입니다.

Caltech의 박사후 연구원인 Sophie Beeny 박사는 "이 사건으로 인해 우리의 계측 및 데이터 분석 능력이 현재의 한계에 도달했습니다."라고 말했습니다. "이것은 중력파 천문학으로부터 우리가 얼마나 많은 것을 배울 수 있는지, 그리고 얼마나 많은 것을 발견해야 하는지를 보여주는 강력한 예입니다."

/scitechdaily에서 편집됨