중력파 카탈로그에 나타난 거대한 블랙홀들

중력파 과학자들은 놀란만큼 많은 수의 거대한 블랙홀들이 있다는 것을 그들의 최신 카탈로그에 공개했습니다.

 

LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory);레이저 간섭계 중력파 관측소는 미국 워싱턴에 위치한 중력파 관측 시설입니다. 이번에 LIGO의 처녀자리 성의 대한 연구가 발표한 두 번째 공식 카탈로그에는 중력파의 방향, 그리고 전보다 올라간 11~50회의 충돌 횟수에 대해 이야기하고 있습니다. 대부분의 경우에 이 것은 두 쌍의 블랙홀이 합쳐지는 현상으로 판단되었습니다. 

 

이번 39건의 새로운 탐지는 2019년 4월부터 10월까지 6개월간 진행된 이번 3차 협력 관찰의 결과입니다.

그들은 이전 주자들의 개별적 연구 결과 데이터는 추가적인 후보군으로 포함시키고 있지 않으며, 39개 중 26개의 발견에 대해서는 이미 대중에게 알려진 것들에 대해서는 빠르게 자동화 시스템으로 확인 후 연구진에 의해 신속하게 제외되었습니다. 과학자들은 보다 민감하고 섬세하게 진행된 후속 조사에서 나머지 13개에 대한 데이터를 찾을 수 있었습니다.

 

몇몇의 유기 탄소에 대한 발견은 이미 2020년에 걸쳐 발표가 되어 이미 화제가 되었습니다. 여기에는 크기가 다른 블랙홀과 가스안에 포함된 잠재적인 충돌에 의한 것들이 포함되었습니다.

 

이러한 개별적인 발표와는 다르게, 카탈로그는 우리가 이번 탐지 내용을 통계학적으로 확인할 수 있게 해줍니다.

이번에 관측된 물체는 그 질량의 크기가 매우 다양한데, 그 질량은 태양 1개의 질량에서부터 태양 90개의 질량까지 굉장히 다양한 범위에 분포하고 있습니다. 가장 가까운 곳은 5억 광년 떨어진 곳에 위치하고 있는데 관측 가능 거리에서 가장 멀리 떨어져 있는 곳은 관측 가능한 우주의 가장자리에 있는 약 70억 년 거리에 위치하고 있습니다. 이번에 새로운 39개의 관측들 중 오직 하나의 사례만이 두 개의 중성자 별들이 서로 충돌하여 발생한 것일 수도 있지만, 우리의 기억 속에 화려하게 남아있는 GW170817의 사례와는 달리 천문학자들은 그 빛이 폭발한 흔적을 발견하지 못했습니다. 아마 그 이유로는 물체의 질량에 무언가 있었을 것으로 생각되고 있습니다.

 

이번 카탈로그에서 정말 시선을 사로잡는 것은 얼마나 많은 수의 블랙홀이 거대한가에 있습니다. 이번에 관측된 블랙홀의 합병의 절반 이상이 30개의 태양의 질량에 맞먹거나 그 이상의 질량의 크기를 자랑합니다. 2015년 LIGO가 처음으로 블랙홀의 합병을 관측하기 전, 대부분의 천문학자들은 블랙홀이 그렇게 클 것이라고 생각하지 않았습니다. 몇몇의 천문학자들이 그 정도 크기의 블랙홀의 존재를 예측하기는 했지만 널리 퍼져있지는 않았습니다.

 

그러나 현재 과학자들은 7개의 최소 50개의 태양 무게를 가진 블랙홀이 존재하고 있다고 하며 그중 가장 큰 블랙홀은 그 규모가 자그마치 90개의 태양 질량과 맞먹는다고 이야기하고 있습니다.

 

이러한 고질량 시스템은 새로운 카탈로그에서 가장 중요한 발견 중 하나입니다. 천문학자들은 약 50개에서 130개의 태양 질량 규모 사이에 블랙홀 사막이 있어야 한다고 예측하고 있습니다. 이 무인의 땅이 존재하는 것은 거대한 별이 생명체의 진보된 단계에 도달하면서 그 중심부에 있는 탄소를 핵에서 미친 듯이 융합하고, 그 상태에서 핵이 불안정하게 되고 격렬하게 수축하게 되는 조건이 생기기 때문에 존재할 것이라고 예측하고 있습니다. 만약 핵이 약 130개의 태양 질량 분의 위에 있다면, 그 강력한 수축은 막을 수 없게 될 것이고, 중심부의 핵을 블랙홀로 바꾸게 될 것입니다. 그러나 예측 가능한 크기의 가장 작은 핵의 질량의 핵융합은 붕괴를 뒤집고 별을 갈기갈기 찢은 후 아무것도 남기지 않을 만큼 폭발적으로 진행될 수 있습니다. 

 

LIGO의 과학자인 마야 피쉬바흐(북서부대학교)는 이 틈 사이에 이렇게 많은 블랙홀이 생긴 것은 분명 놀라운 일이라고 이야기합니다. 중력파 관측소는 작은 블랙홀보다 규모가 큰 블랙홀의 붕괴를 감지하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 연구원들이 이 기구의 한계를 고려하여 모든 것을 완벽하게 감지할 수 있다는 가정하에 전체 블랙홀의 수가 어떤 모습일지 추론해보면, 약 3%의 시스템이 45개의 태양의 질량 또는 그 이상의 질량을 가진 블랙홀을 포함하고 있다고 추정하는데, 이는 첫 번째 카탈로그의 1%보다 높은 것입니다.

 

다음 편으로 이어집니다.