죽어가는 별의 고치는 중력파의 새로운 원천이 될 수 있습니다.

이론적으로 천체물리학자는 이진법이 아닌 단일 소스에서 중력파를 감지할 수 있어야 하지만 아직 파악하기 어려운 신호를 밝혀내지 못했습니다. 이제 연구원들은 새롭고 예상치 못한 완전히 탐험되지 않은 장소를 살펴볼 것을 제안합니다.

이제 노스웨스턴 대학 연구원들은 새롭고 예상치 못한 완전히 탐험되지 않은 장소를 살펴볼 것을 제안합니다.

연구원들은 처음으로 최첨단 시뮬레이션을 사용하여 이 고치가 중력파를 방출할 수 있음을 보여주었습니다. 그리고 감마선 폭발 제트와 달리 고치의 중력파는 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)가 감지할 수 있는 주파수 대역 내에 있어야 합니다.

이 연구를 이끈 Northwestern의 Ore Gottlieb은 “현재까지 LIGO는 이진 시스템에서만 중력파를 감지했지만 언젠가는 중력파의 이진이 아닌 최초의 소스를 감지할 것”이라고 말했습니다. “고치는 이러한 유형의 공급원을 찾기 위해 가장 먼저 찾아야 하는 장소 중 하나입니다.”

Gottlieb은 미국 천문 학회의 242차 회의에서 가상 언론 브리핑 중에 이 연구를 발표할 것입니다. 6월 5일 월요일 “Discoveries in Distant Galaxies” 세션의 일부로 “제트 및 난류 별의 죽음: 중력파의 새로운 LIGO 감지 소스”가 열릴 예정입니다.

Gottlieb은 Northwestern의 천체물리학 학제간 탐사 및 연구 센터(CIERA)의 CIERA 연구원입니다. 이 연구의 노스웨스턴 공동 저자에는 Vicky Kalogera 교수와 Alexander Tchekovskoy 교수, 박사후 연구원 Sharan Banagiri와 Jonatan Jacquemin-Ide, 대학원생 Nick Kaaz가 포함됩니다.

새로운 출처는 ‘무시할 수 없다’

연구를 수행하기 위해 Gottlieb과 그의 동료들은 새로운 최첨단 시뮬레이션을 사용하여 무거운 별의 붕괴를 모델링했습니다. 무거운 별이 블랙홀로 붕괴할 때, 그들은 빛의 속도에 가깝게 이동하는 입자의 강력한 유출(또는 제트)을 생성할 수 있습니다. Gottlieb의 시뮬레이션은 별이 블랙홀로 붕괴되는 시점부터 제트가 탈출할 때까지의 이 과정을 모델링했습니다.

처음에 그는 블랙홀 주위에 형성되는 부착 원반이 감지 가능한 중력파를 방출할 수 있는지 여부를 확인하고 싶었습니다. 그러나 예상치 못한 것이 그의 데이터에서 계속 나타났습니다.

Gottlieb은 “블랙홀 부근에서 중력파를 계산할 때 내 계산을 방해하는 또 다른 소스인 고치를 발견했습니다.”라고 말했습니다. “무시하려고 했지만 무시할 수 없었습니다. 그러다가 고치가 흥미로운 중력파원이라는 것을 깨달았습니다.”

제트가 죽어가는 별의 붕괴 층에 충돌함에 따라 거품 또는 “고치”가 제트 주위에 형성됩니다. 고치는 뜨거운 가스와 파편이 무작위로 혼합되어 제트기에서 모든 방향으로 확장되는 격동의 장소입니다. 활기찬 기포가 제트에서 가속됨에 따라 시공간을 교란시켜 중력파의 잔물결을 생성한다고 Gottlieb은 설명했습니다.

Gottlieb은 “제트는 별 내부 깊은 곳에서 시작한 다음 탈출하기 위해 구멍을 뚫습니다.”라고 말했습니다. “벽에 구멍을 뚫을 때와 같습니다. 회전하는 드릴 비트가 벽에 부딪히고 파편이 벽 밖으로 쏟아집니다. 드릴 비트는 재료 에너지를 제공합니다. 마찬가지로 제트가 별을 뚫고 별의 재료가 가열됩니다. 이 잔해는 누에고치의 뜨거운 층을 형성합니다.”

고치를 보기 위한 클릭 유도 문안

고치가 중력파를 생성한다면 LIGO는 다가오는 실행에서 이를 감지할 수 있어야 한다고 Gottlieb은 말했습니다. 연구원들은 일반적으로 감마선 폭발이나 초신성에서 단일 소스 중력파를 검색했지만 천체 물리학자들은 LIGO가 이를 감지할 수 있을지 의심합니다.

“제트와 초신성은 모두 매우 강력한 폭발입니다.”라고 Gottlieb은 말했습니다. “하지만 우리는 더 높은 주파수의 비대칭 폭발에서만 중력파를 감지할 수 있습니다. 초신성은 오히려 구형이고 대칭이므로 구형 폭발은 중력파를 방출하는 별의 균형 잡힌 질량 분포를 변경하지 않습니다. 감마선 폭발은 수십 초 동안 지속되므로 주파수는 매우 작습니다. LIGO가 민감한 주파수 대역보다 낮습니다.”

대신 Gottlieb은 천체물리학자에게 비대칭적이고 매우 에너지가 넘치는 고치로 주의를 돌릴 것을 요청합니다.

“우리의 연구는 고치를 중력파의 원천으로 보도록 지역 사회에 행동을 촉구하는 것입니다.”라고 그는 말했습니다. “우리는 또한 고치가 전자기 방사선을 방출하는 것을 알고 있으므로 다중 메신저 이벤트가 될 수 있습니다. 이를 연구함으로써 별의 가장 안쪽 부분에서 일어나는 일, 제트의 특성 및 항성 폭발의 유행에 대해 더 많이 알 수 있습니다.”

“제트 및 난기류 항성 사망: 새로운 LVK 감지 가능 중력파 소스”라는 연구는 국립 과학 재단, NASA 및 Fermi Cycle 14 Guest Investigator 프로그램의 지원을 받았습니다. 이러한 고급 시뮬레이션은 에너지부의 Oak Ridge에 의해 가능해졌습니다. ASCR Leadership Computing Challenge 계산 시간 상을 통해 National Laboratory 슈퍼컴퓨터 정상회담 및 National Energy Research Scientific Computing Center의 슈퍼컴퓨터 Perlmutter.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230605181202.htm