지난 달 캘리포니아 산타 바바라에서 열린 대화에서 세계 최고의 천체 물리학자인 셀마 데 밍크 (Selma de Mink)는 체이스로 끊었습니다. "어떻게 형성 되었습니까?" 그녀는 시작했다.
모두가 알고 있듯이“그들”은 10 억 년 전에 그리고 우주의 외딴 모서리에서 함께 나선형으로 합쳐져 공간과 시간의 직물에 파도를 만들어 낸 두 개의 거대한 블랙홀이었습니다. 이“중력파”는 바깥쪽으로 파급되었고 2015 년 9 월 14 일 지구를 지나서 레이저 간섭계 중력 파 분위기 (Ligo)의 초음파 검출기를 휩쓸 었습니다. 2 월에 발표 된 Ligo 's Discovery는 Albert Einstein의 1916 년 예측이 중력파가 존재한다는 예측을 승리시켰다. 시공간 에서이 작은 떨림을 조정하고 처음으로 블랙홀의 보이지 않는 활동을 처음으로 드러내면서 조명조차도 중력을 피할 수 없을 정도로 밀도가 높아서 Ligo는 우주에서 새로운 창문을 열겠다고 약속했습니다. Galileo는 하늘에서 망원경을 처음 가리 켰습니다.
이미 새로운 중력파 데이터가 천체 물리학 분야를 흔들 었습니다. 이에 따라, 3 명의 전문가가 8 월에 2 주 동안 산타 바바라의 KITP (Kavli Institute for Theorical Physics)의 시사점을 분류하는 데 2 주를 보냈습니다.
암스테르담 대학교의 천체 물리학 조교수 인 De Mink는 토론을 시작하면서 Ligo가 지금까지 GW150914로 표시된 최초의 가장 강력한 이벤트 인 Ligo가 감지 한 두 가지 블랙 홀 합병 중 하나가 가장 큰 퍼즐을 제시했다고 설명했다. Ligo는 태양 질량의 10 배나 인근에 무게가있는 블랙홀 쌍을 발견 할 것으로 예상되었지만, 이들은 약 30 개의 태양열 덩어리를 포장했습니다. De Mink는 방에“그들은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 거대한 블랙홀입니다. “그래서 어떻게 형성 되었습니까?”
그녀는 미스터리가 두 가지라고 설명했다. 블랙홀이 어떻게 그렇게 거대 했는가, 그 별은 블랙홀을 형성하기 위해 붕괴 된 별을 고려할 때, 일반적으로 죽기 전에 대부분의 질량을 날려 버렸다. De Mink는“이것은 일종의 상호 배타적 인 두 가지입니다. 거대하고 가깝게 태어난 한 쌍의 별은 일반적으로 어울리고 블랙홀로 무너지기 전에 병합되어 감지 가능한 중력파를 시작하지 못합니다.
KITP의 천체 물리학자인 Matteo Cantiello는 GW150914 뒤의 이야기를 gw150914 뒤에서“우리의 모든 이해에 도전하고있다”고 말했다. 전문가들은 합병의 순간부터 불확실한 단계를 되돌려야합니다. 버클리 캘리포니아 대학의 천문학 교수이자 KITP 프로그램의 주최자 중 한 명인 엘리엇 Quataert는“이것은 별을 이해할 때 특정한 질문을 다시 활성화 할 것입니다. Ligo의 데이터를 이해하려면 별이 Supernova시기와 이유에 대한 계산이 필요합니다. 어느 것이 어떤 종류의 별 남은 자리로 변합니다. 별의 구성, 질량 및 회전이 어떻게 진화에 영향을 미치는지; 자기장의 작동 방식; 그리고 더.
이 작업은 막 시작되었지만 이미 Ligo의 첫 몇 가지 탐지는 이진 검은 색 구멍 형성에 대한 두 가지 이론을 팩의 전면으로 밀어 넣었습니다. 산타 바바라에서 2 주 동안, 올해 초 De Mink와 동료들이 제안한 블랙 홀 바이너리의 형성에 대한 새로운“화학적으로 균질 한”모델과 다른 많은 전문가들이지지하는 고전적인“공통 봉투”모델 사이에 경쟁이 가열되었습니다. 두 이론 (및 경쟁 업체 클러스터)은 우주의 어딘가에 사실 일 수 있지만 아마도 그중 하나만이 대부분의 블랙 홀 합병을 설명합니다. 시카고 대학교 (University of Chicago)의 다니엘 홀츠 (Daniel Holz)는“과학 분야”라고 말했다.
스타 스토리
GW150914의 이야기는 거의 확실하게 거대한 별에서 시작합니다. 태양보다 8 배 이상 무겁고 드물지만 은하에서 주연을 맡는 것입니다. 거대한 별은 초신성으로 폭발하여 새로운 별으로 재활용 될 우주로 물질을 뿌린다. 그런 다음 코어만이 블랙홀과 중성자 별으로 붕괴되어 감마선 버스트, 펄서 및 X- 레이 바이너리와 같은 이국적인 영향을 미칩니다. De Mink와 Collaborators는 2012 년에 가장 잘 알려진 거대한 별이 바이너리 시스템에 살고 있음을 보여주었습니다. 바이너리의 거대한 별은 그녀가“춤”과“키스”라고 말하면서 상황에 따라 뱀파이어처럼“뱀파이어의 수소 연료”를 빨아들입니다. 그러나 어떤 상황이 어둠의 베일 뒤에 물러나고 충돌하는 지점으로 줄어들게 하는가?
1970 년대 소비에트 과학자 인 알렉산드르 투루 코프 (Aleksandr Tutukov)와 레프 퉁 겔슨 (Lev Yungelson)의 작품으로 시작하여 수십 년에 걸쳐 발전된 기존의 공동 언어 이야기는 넓은 궤도에서 태어난 한 쌍의 거대한 별을 알려줍니다. 첫 번째 별이 핵심에서 연료가 부족할 때, 수소 퍼프의 외부 층이“빨간색 초자연”을 형성합니다. 이 수소 가스의 대부분은 두 번째 별인 뱀파이어 스타일에 의해 빨려 들어가고, 첫 번째 별의 핵심은 결국 블랙홀로 무너집니다. 상호 작용은 쌍을 더 가깝게 끌어내어 두 번째 별이 초강력으로 퍼지면 두 사람을 일반적인 봉투에 둘러냅니다. 동반자들은 수소 가스를 통과하면서 더 가까이 가라 앉습니다. 결국, 봉투는 우주로 손실되며 첫 번째 별의 핵심은 블랙홀로 무너집니다. 두 개의 블랙홀은 언젠가 합병하기에 충분히 가깝습니다.
별이 너무 많은 질량을 흘리기 때문에이 모델은 10 개의 태양열의 야구장에 무게를두고 가벼운쪽에 블랙홀 한 쌍을 산출 할 것으로 예상됩니다. 8- 색 및 14 자질 블랙홀의 합병에서 Ligo의 두 번째 신호는이 모델의 홈런입니다. 그러나 일부 전문가들은 첫 번째 이벤트 인 GW150914가 스트레칭이라고 말합니다.
자연 의 6 월 논문에서 , Holz와 Collaborators Krzysztof Belczynski, Tomasz Bulik 및 Richard O'Shaughnesyy는 전구체 별의 무게가 90 개의 태양열과 거의 무게를 내고 금속이 거의 포함되지 않으면 일반 봉투는 이론적으로 30 종의 질량 블랙홀의 합병을 생산할 수 있다고 주장했다 (질량 손실을 가속화). 이러한 무거운 이진 시스템은 우주에서는 비교적 드문 일 가능성이 높으며, Ligo가 그러한 특이점을 곧 관찰했는지 여부에 대한 의심을 불러 일으킨다. 산타 바바라에서 과학자들은 Ligo가 더 가벼운 합병에 비해 많은 무거운 합병을 감지하면 일반 대대적 시나리오의 경우를 약화시킬 것이라고 동의했습니다.
.기존 이론의 이러한 약점은 새로운 아이디어를위한 개방을 만들었습니다. 버밍엄 대학교의 천체 물리학 자이자 리고 협력의 일원 인 De Mink와 Ilya Mandel은 2014 년에 양조가 시작되면서 De Mink가 수년간 연구 한 바이너리 스타 시스템 유형이 거대한 이진 검은 홀을 형성하는 티켓 일 수 있음을 깨달았습니다.
.화학적으로 균질 한 모델은 서로 매우 빠르게 회전하는 한 쌍의 거대한 별으로 시작하여 탱고 댄서와 같이“깔끔하게 잠긴”것입니다. 탱고에서“당신은 매우 가깝기 때문에 몸이 항상 서로 마주보고 있습니다.”라고 댄서 자신 인 De Mink는 말했습니다. "그리고 그것은 당신이 서로 주위를 돌고 있다는 것을 의미하지만, 또한 자신의 축을 돌아 다니게합니다." 이 회전은 별을 휘젓고, 전체적으로 뜨겁고 균질하게 만듭니다. 그리고이 과정은 별이 코어가 아닌 전체 인테리어 전체에서 융합을 겪을 수있게 해줄 수 있습니다. 별들은 결코 팽창하지 않기 때문에, 그들은 덩어리를 섞거나 흘리지 않습니다. 대신, 각각은 자체 무게로 도매를 거대한 블랙홀로 붕괴시킵니다. 블랙홀은 수십억 년 동안 춤을 추며, 시공간으로 튀어 나오는 스플릿 순간에 합쳐질 때까지 점차 더 가깝게 나선 다.
De Mink와 Mandel은 1 월에 온라인으로 게시 된 논문에서 화학적으로 균질 한 모델에 대한 사례를 만들었습니다. 대학원생 인 Pablo Marchant가 이끄는 Bonn University의 연구원들에 의해 같은 아이디어를 제안하는 또 다른 논문은 며칠 후에 나타났습니다. Ligo가 다음 달에 GW150914의 탐지를 발표했을 때 화학적으로 균질 한 이론은 눈에 띄게 촬영되었습니다. De Mink는“내가 논의하고있는 것은 매우 미친 이야기였다.
그러나 일부 잠정적 인 증거 외에도 교반 된 별의 존재는 투기 적입니다. 그리고 일부 전문가들은 모델의 효능에 의문을 제기합니다. 시뮬레이션에 따르면 화학적으로 균질 한 모델은 Ligo의 두 번째 신호와 같은 작은 검은 홀 바이너리를 설명하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 더 나쁜 것은, 이론이 GW150914를 얼마나 잘 설명하는지에 대해 의심의 여지가 발생했는데, 이는 주요 성공 사례가 될 것으로 예상된다. Holz는“이것은 매우 우아한 모델입니다. “매우 매력적입니다. 문제는 완전히 작동하지 않는 것 같습니다.”
모든 회전
충돌하는 블랙홀의 질량과 함께 Ligo의 중력 파 신호는 블랙홀이 회전하는지 여부를 보여줍니다. 처음에는 스핀 측정에주의를 기울이지 않았다. 부분적으로는 중력파가 블랙홀이 서로 경찰과 같은 축을 돌면서 다른 방향으로 스핀에 대해 아무 말도하지 않기 때문이다. 그러나 메이 논문에서, 뉴저지 주 프린스턴에있는 고급 연구 연구소 (Institute for Advanced Study)와 예루살렘 히브리 대학교 (Hebrew University of Jerusalem)의 연구원들은 리고가 측정하는 스핀의 종류가 화학적으로 균질하게 균질 한 채널을 통해 형성 될 때와 정확히 블랙홀이있을 것으로 예상된다고 주장했다. (탱고 댄서는 같은 방향으로 서로 회전하고 공전합니다.) 그러나 GW150914의 30- 해석 블랙홀은 탱고 시나리오에 대한 타격이 매우 낮아서 매우 낮은 스핀으로 측정되었습니다.
"스핀은 화학적으로 균질 한 채널의 문제입니까?" California Institute of Technology의 천체 물리학 교수 인 Sterl Phinney는 어느 날 오후 산타 바바라 그룹을 자극했습니다. 일부 토론 후, 과학자들은 대답이 그렇다고 동의했습니다.
그러나 단일 며칠 후 De Mink, Marchant 및 Cantiello는 이론을위한 가능한 방법을 찾았습니다. 최근에 스타 자기장을 연구하는 데 진전을 보인 Cantiello는 화학적으로 균질 한 채널의 탱고 스타가 본질적으로 강력한 자기장을 가질 수있는 회전하는 공을 회전 시킨다는 것을 깨달았으며, 이러한 자기장은 별의 외부 층이 강한 극으로 스트리밍 할 가능성이 높습니다. 그녀가 팔을 뻗을 때 회전하는 피겨 스케이터가 느려지는 것과 같은 방식 으로이 극은 브레이크처럼 작용하여 점차 별의 스핀을 줄입니다. 트리오는 이후 시뮬레이션 이이 사진을 찍는지 확인하기 위해 노력해 왔습니다. Quataert는 아이디어를“그럴듯하지만 아마도 약간의 족제비”라고 불렀습니다.
이 프로그램의 마지막 날, Ligo가 더 높은 감도와 더 많은 중력파 신호로 온라인으로 돌아 오면서 과학자들은 다양한 이론이 예측하는 것에 대한 구체적인 진술 목록 인“Phinney 's Declaration”에 서명했습니다. Phinney가 작성한 블랙홀 바이너리에 대한 모든 블랙홀 바이너리에 대한 모든 모델이 동등하게 만들어 질 수 있지만 (경쟁 업체가 제안한 열등한 모델 제외),“우리는 곧 관찰 데이터가 결정적으로 불평등 해지기를 바랍니다.”
.데이터가 쌓이면서, 검은 홀 바이너리 형성의 약자 이론은 아마도 견인력을 얻을 수 있습니다. 예를 들어,“구형 클러스터”라고 불리는 조밀 한 별 형성 영역 내에서 동적 인 상호 작용을 통해 바이너리가 형성되는 개념입니다. Ligo의 첫 번째 달리기는 블랙 홀 합병이 구형 클러스터 모델이 예측하는 것보다 더 일반적이라고 제안했습니다. 그러나 아마도 실험은 지난번에 운이 좋았고 추정 합병 률이 떨어질 것입니다.
믹스에 추가하여 우주 학자 그룹은 최근 GW150914가 원시적 인 블랙홀의 합병에서 나왔을 것이라고 이론화했다. 흥미롭게도, 연구원들은 최근의 논문에서 물리 검토 편지 에서 논쟁했다. 그러한 30-olar-mass primordial 블랙홀은 우주에 퍼져있는 누락 된 "암흑 물질"의 일부 또는 전부를 포함 할 수 있습니다. Fast Radio Burst라는 천체 물리학 신호에 대해 아이디어를 테스트하는 방법이 있습니다.
아마도 그러한 유혹 가능성에 머무르기에는 너무 이릅니다. 천체 물리학 자들은 빅뱅 (Big Bang)의 블랙홀이 138 억 년 후에 그들을 감지하기에 적시에 합병하기 위해 의심스럽게 행운을 요구할 것이라고 지적했다. 이것은 연구자들이 중력 파 천문학의 새벽에 직면 해야하는 새로운 논리의 또 다른 예입니다. De Mink는“우리는 정말 재미있는 무대에 있습니다. "이 사진에서 처음으로 생각하는 것은 이번이 처음입니다."
이 기사는 Wired.com에서 재 인쇄되었습니다.
