천문학자들은 서로 회전하며 중력파를 생성할 수 있는 두 개의 백색 왜성을 발견했다.

에너지를 방출한 백색 왜성(White dwarf)은 뜨거운 핵으로 변한 후 태양과 같은 별이 된다.

수 년간 연구자들은 두 개의 백색 왜성으로 구성된 시스템이 있어야 한다고 예측했다. 일반 상대성이론에 따르면, 서로 공전하는 두 개의 거대중량 물체는 중력파의 형태로 에너지를 방출해야 하며, 이는 시공간 구조에서 잔물결 또는 교란을 일으킨다.

이는 중력파의 발견이 아니라 중력파의 원천이 될 수 있는 이 바이너리 시스템(binary systems)의 발견이다. 그러나 이 연구는 이러한 시스템과 중력파 소스에 대한 이해를 향상시킬 뿐만 아니라 2034년에 출시 될 기기의 효율성을 검증하는 데 중요하다.

계측기 LISA(Laser Interferometer Space Antenna) 중력파 관측소는 J2322 + 0509 시스템을 사용한다. 상호 회전하는 두개의 백색 왜성이 이미 존재한다는 것을 알고 있기 때문에 기기가 정확하게 그것을 찾을 수 있는지 확인하는 것이 중요 임무다.

연구의 공동 저자 오클라호마대학(University of Oklahoma) 무케밈 키릭(Mukuemin Kilic)은 “바이너리 검증은 망원경을 작동한 후 몇 주 안에 LISA가 목격할 수 있다는 것을 알기 때문에 중요하다”고 말했다.

하버드 천체물리학센터(CfA) 연구원들은 이 바이너리를 식별하고 탐색하는 새로운 연구에서 처음으로 명확하게 분리된 두 개의 백색 왜성 (헬륨 코어) 으로 구성된 이진 백색 왜성 시스템을 발견했다.

‘J2322 + 0509’로 알려진 이 시스템은 짧은 궤도주기가 1,201초 (20분 이상)이며, 동종 최초의 중력파 소스다. CfA의 천문학자이자 연구 책임자 인 워렌 브라운(Warren Brown)은 “이론은 바이너리 헬륨-코어 백색 왜성 이 많이 있을 것으로 예측하고 있다. 이 탐지는 이러한 모델에 대한 기준을 제공하고 향후 실험을 통해 이러한 별을 더 많이 찾도록 한다”고 말했다.

이어 브라운은 “이 바이너리는 빛의 곡선이 없었다. 광도 신호가 없기 때문에 감지 할 수 없다”고 말했다.

연구팀은 빛 자체를 관찰하는 광도 연구를 사용하는 대신 물질이 가시광 선과 같은 전자기 방사선과 상호 작용하는 방식을 관찰하는 연구로 별의 궤도 운동을 식별했다.

발견하기 까다로웠지만 이 유형의 바이너리는 매우 강력한 중력파의 원천으로 밝혀졌다. 연구원들은 지구에 대한 바이너리 시스템의 정렬 때문에 기기가 다른 방향으로 회전하는 동일한 시스템보다 2.5 배 강한 신호를 포착해야한다고 이론적으로 계산했다.

브라운은 “중력파 발산은 바이너리 에너지를 소멸하게 해 600만 년에서 7000만 년 후에 그들은 하나의 거대질량 백색 왜성으로 합쳐질 것”이라고 말했다.

이 연구는 출판전 논문 사이트 ‘아르시브(arXiv)’에 게재, 4월 3일 천체물리 저널 서신(Astrophysical Journal Letters)에 승인됐다.

* A 1201 s Orbital Period Detached Binary: the First Double Helium Core White Dwarf LISA Verification Binary