과학자들이 중성자 별과 충돌중인 블랙홀의 중력파를 사상 최초로 탐지했다.

중력파( Gravitational waves)는 블랙홀 충돌 또는 죽어가는 별의 폭발과 같은 교란에 의해 생성 된 시공간의 곡률이 만드는 잔물결이다. 과학자들이 2016년 처음으로 중력파를 발견한(노벨 물리학상 수상) 이후, 블랙홀 간 합병 또는 중성자 별(Neutron Star)의 충돌로 인해 여러 다른 파동이 기록됐다.

2019년 8월 14일 수요일, 미국과 이탈리아의 중력파 발견 연구소는 지구에서 약 8억 5 500만 광년 떨어진 곳에서 발생한 대형 충돌로 인한 시공간 파동을 감지했다. 중력파(명칭 : S190814bv)는 미국에 기반을 둔 레이저 간섭계 중력파 천문대(LIGO)와 이탈리아 EGO(European Gravitational Observatory)의 간섭계 중력파 관측소(Virgo)에서 감지됐다.

알려진 특성을 바탕으로 LIGO와 Virgo 과학자들은 파동의 근원이 중성자 별을 삼킨 블랙홀일 확률이 99%라고 믿는다.

호주 국립대(ANU) 물리학 연구실의 수잔 스캇(Susan Scott) 교수는 이번 관측으로 두 개의 블랙홀 합병과 두 개의 중성자 별의 충돌을 포함, 블랙홀과 중성자별 간 충돌 관측을 완료했다고 말했다.

LIGO와 협력중인 ANU 중력파 발견을 위한 ARC센터(OstGrav) 리더인 스캇 교수는 “약 9억년 전, 이 블랙홀은 중성자 별로 알려진 매우 조밀한 별을 삼켰다. 아마도 별은 즉시 소멸했을 것”이라며 “ANU SkyMapper 망원경은 감지 경보에 응답하고 이벤트가 발생한 공간의 전체 가능한 영역을 스캔했지만 시각적 확인이 없었다”고 말했다.

과학자들은 여전히 두 물체의 정확한 크기를 확인하기 위해 데이터를 분석하고 있지만, 현재까지 발견은 중성자 별을 삼키는 블랙홀일 가능성이 매우 높다.

최종 결과는 과학 저널에 발표 될 예정이다.

스캇 교수는“과학자들은 태양 질량의 5배보다 작은 블랙홀이나 태양 질량의 약 2.5 배보다 큰 중성자 별을 발견한 적이 없다”며 “이번 경험을 바탕으로, 중성자 별을 가로 지르는 블랙홀을 발견했다고 확신한다”고 말했다.

이어 그는 삼킨 물체가 우주에서 우리가 아는 다른 어떤 블랙홀보다 훨씬 가벼운 매우 가벼운 블랙홀 일 가능성이 있다고 지적했다.

블랙홀과 중성자 별은 모두 별의 시체로 폭발하고 붕괴된 별들로 만들어진다. 블랙홀은 빛을 포함해 이벤트 수평선(event horizon)이라고 하는 외부 가장자리를 통과하는 모든 것을 삼킨다.

중성자별은 태양 질량의 몇 배에 해당하는 원자라고 생각할 수 있다. 이 질량은 직경 약 19km가량의 작은 구에 채워져 매우 조밀하고 매우 뜨겁다. 블랙홀 합병과 달리 중성자 별 붕괴는 많은 빛을 방출한다.

2017년 중성자 별 충돌로 인한 중력파가 감지됐을 때 과학자들은 이후 며칠 동안 광학적 대응물(optical counterpart), 즉 사건에서 발생하는 밝은 빛을 정확히 찾아 낼 수 있었다.

미국 산타크루즈의 캘리포니아대 라이언 폴리(Ryan Foley) 박사와 동료들은 블랙홀과 중성자별 충돌에 따른 흔적을 찾고 있다.

앞으로 몇 주 안에 연구팀이 관련된 빛을 포착한다면 중성자별과 블랙홀의 거동을 목격하게 될 것이다. 이것은 천체의 이국적 특성을 포착할 이례적인 사건으로 아원자 물리학에서 우주 팽창 속도에 이르기까지 모든 것을 밝힐 수 있다.

폴리 박사는 “중성자 별 / 블랙홀 시스템은 이전 사례를 보지 못했기 때문에 특히 흥미롭다…중성자 별이 어떻게 만들어 지는가에 대해 배우면 원자가 어떻게 만들어 지는가를 알 수 있다. 이것은 모든 것의 기초”라고 미국 온라인매체 바이스와 전화인터뷰에서 밝혔다.