LIGO 관측소를 통해 새로 발견된 블랙홀의 신비
지난번에 LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory); 레이저 간섭계 중력파 관측소에서 관측된 처녀자리 성에 대한 연구 발표에 대해서 이야기해보았습니다. 새롭게 발견된 블랙홀과 블랙홀의 질량에 대한 관측이 계속해서 업데이트되고 있는데 지난번에 이어 그 두 번째 이야기 시작해보겠습니다.
지금까지 알려진 사실에 의하면 아직은 저 하늘 뒤편에서 무슨일이 일어나고 있는지 분명하게 밝힐 수는 없습니다.
이번 처녀자리 성의 관측은 태양의 40개 이상의 질량을 가진 블랙홀의 숫자가 떨어진다는 것을 보여줍니다. 피쉬바흐는 "실제로 그 틈새를 오염시키고 있는 소집단이 있을 수 있습니다"라고 말합니다. 2세대 블랙홀은 죽어가는 별들에 의해서 만들어지는 게 아니라 그 이후의 합병에 의해서 만들어진다고 여겨집니다. 아마도 더 높은 질량에 있거나 점진적인 것일지도 모르며, 별들이 붕괴를 막기 위해 다양한 방법을 찾아가는 것이라고 생각합니다.
산타크루즈 캘리포니아 대락의 스텐우슬리는 천문학자들 중에 이 두 번째 가능성에 도전하는 전문가 중 한 명입니다. 그는 별들의 핵융합률, 회전율 그리고 그 별들이 죽기 전에 그 주변의 다른 물체들로부터 얼마나 많은 물질들을 가지고 있을 수 있는지 그 양을 가능한 예측 범위 안에서 변화시킴으로써, 그 간격의 하한선을 태양의 65개의 질량을 가진 블랙홀들로 축소할 수 있습니다. 이는 중력파원에 대한 모든 것을 설명하는 것입니다.
국제 연구팀의 최근 실험 연구 결과에서도 헬륨 핵융합이 항성 중심부에서 약 35% 더 효율적으로 진행될 수 있을 것으로 나타났습니다. 만약 그렇다면, 그것은 탄소를 축적하고 붕괴를 늦추는데 도움이 될 수 있고, 더 낮은 질량에서 별이 스스로를 소멸시키는 것을 더 어렵게 할 수 있다. 그러나 아직 전문가중 아무도 태양의 90배 이상의 질량을 가진 블랙홀에 대해서는 어떻게 이해를 해야 하는지 정확하게 이야기할 수 없습니다. 현재 전문가들은 지금의 연구 결과는 금단의 구역에 있다고 이야기하고 있습니다.
블랙홀을 2가지 유형으로 나누는 방법
큰 블랙홀의 기원을 찾는 한 가지 방법은 그들의 스핀입니다. 합병에 의해 생성된 블랙홀은 일반적으로 최대 속도의 약 70%로 회전합니다. O3 카탈로그에 남아있는 모든 블랙홀은 이 값을 중심으로 모여있습니다. 반대로, 죽어가는 별에 의해 만들어진 블랙홀은 훨씬 더 느린 속도로 회전하는 것으로 보이며, 이는 O3 카탈로그의 소개된 합병 중 하나인 GW190814에 관련된 블랙홀에 의해서 예측하고 있는 가설입니다.
또 하나 중요한 것은 회전하고 있는 블랙홀의 기울기 입니다. 천문학자들이 예외에 대한 의견을 이야기하고 있지만, 이미 2진법으로 이루어진 별에서 태어난 이란성쌍둥이 블랙홀은 서로 수직의 팽이처럼 회전할 가능성이 높습니다. 그러나 서로 융합된 블랙홀은 반대로 무작위로 선회하는 경향이 있습니다.
그러나 피시바흐는 합병 전의 물체의 개별 회전수를 측정하는 것은 여전히 어렵다고 말합니다. 대신 과학자들은 이들을 앙상블로 보고 통계적 추론을 하고 있습니다. 그 분석으로 볼 때, 그 컬래버레이션은 먼저 합병된 블랙홀은 확실히 돌고 있다는 것을 알 수 있으며, 그중 약 3분의 1이 궤도를 통해 옆으로 회전하거나 주변 블랙홀을 순환하는 방향에 대해 반대방향으로 회전하고 있습니다. 즉 아주 조심스럽게 예측해보자면, LIGO와 처녀자리 성에 의한 관측으로 발견된 충돌하는 블랙홀의 약 1/3이 밀집된 항성 군집이나 초거대 블랙홀 주위의 솜털 같은 가스 원반에서 결합되었다는 것을 암시합니다.
추가적인 연구 및 정보
새로운 카탈로그와 또 함께 연구하고 있는 다른 연구팀들의 논문에 의하면 아인슈타인의 중력 이론에서 확인 된 사항은 블랙홀의 합병 비율이 현재보다 약 70~80년 전이 두 배나 높았다는 증거가 있는데 그것이 가능하다고 예상되는 이유는 약 100억 년 전 우주에서 항성 생성이 최고조에 달했기 때문이라고 합니다.
질량이 훨씬 작은 저질량 블랙홀의 수가 더 적다는 징후도 포착되었습니다. 가장 작은 블랙홀의 이진은 5~9개의 태양 질량을 가진 물체를 포함했습니다. 또한 전문가들은 블랙홀보다 작은 물체가 적어도 하나 정도는 있을 수 있다고 하지만 이는 질량이 가벼워 무엇으로 정의가 가능할지는 아직 확인되지 않았습니다.