그것은 고전적인 로맨스처럼 시작합니다 :두 개의 블랙홀이 만납니다. 매력은 실제로 즉각적입니다. 그들은 서로 주위에 춤을 추고, 더 가까이서 더 가까이 다가 가고,…
뭐야? 모든 연애와 마찬가지로, 이것은 일이 지저분 해지는 곳입니다.
아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 처음 예측 된 블랙홀은 시공간 직물에 바닥이없는 구덩이입니다. 작은 블랙홀, 단지 몇 개의 태양의 질량을 갇히고, 침묵의 지뢰처럼 우주를 쓰러 뜨리는 반면, 가장 큰 것은 초대형 블랙홀은 거의 모든 은하의 중심을 차지하여 충격적인 물질의 급류를 집어 넣습니다. 이 거인들은 수억의 태양만큼 많은 질량을 포함하고 있습니다. 천문학 자들은 그들이 우주의 초기 시절로 거슬러 올라가는 행복한 노조의 긴 은하계 합병으로 형성되었다고 생각합니다.
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“우주 구조의 형성에 대한 우리의 전체 그림은 큰 은하를 형성하기 위해 함께 합쳐지는 작은 은하 의이 계층 적 과정과 더 큰 은하가되기 위해 합병하는 큰 은하계가 포함됩니다. 각 합병은 수억 년 이상이 걸리는데 (실제적으로 보는 데 시간이 오래 걸리지만 이론가들은 시뮬레이션을 사용하여 컴퓨터 코드의 전체 업무를 재현 할 수 있습니다.
.문제가 시작되는 곳이 있습니다. 물리학 자들이 시뮬레이션을 실행하면 한 쌍의 충돌 은하의 두 개의 중앙 블랙홀이 붙어 있습니다. 드물게 블랙홀이 정면으로 충돌하는 경우는 거의 없습니다. 대신, 그들은 일반적으로 그들이 만날 때 별도의 정렬되지 않은 경로를 따라 여행하고 있기 때문에, 보존 된 각 운동량은 서로를 향해 나선형으로 만듭니다. 그들은 무기 길이로 궤도를 돌릴 때까지, 3 개의 광년, 또는 1 개의 파스를 분리 할 때까지 상호 매력의 포로를 더 가깝게, 상호 매력을 더 가깝게 보냈다. 그런 다음 강렬한 연인들처럼 그들은 더 멀리 가지 않습니다.
왜? Owen은 비유를 제공합니다. 손 이이 블랙홀 중 하나라고 상상해보십시오. 은하계 물질을 병합하는 떼를 나타내는 물통에 소용돌이 치고 있다고 상상해보십시오. 처음에는 물이 손을 대고 느리게합니다. 우주에서, 동적 마찰로 알려진이 중력 상호 작용은 궤도에 블랙홀의 각 운동량을 감소시켜 파트너쪽으로 표류하게한다. 그러나 시간이 지남에 따라 양동이의 물이 손과 같은 방향으로 흐르기 시작하므로 저항이 줄어 듭니다. 마찬가지로, 시뮬레이션 된 은하 합병에서 별과 다른 물체는 두 번의 블랙홀의 경로와 동작을 일으켰습니다. 그리고 역동적 인 마찰이 점차적으로 튀어 나오면서 블랙홀은 안정적인 궤도에 정착합니다.
우주의 형성에 대한 물리학 자들의 이야기가 옳다면, 그러한 쌍을 이루는 블랙홀은 결국 서로 충돌하고 소비하여 하나가되어야합니다. 그러나이를 위해서는 마지막 파르세스를지나 내면 나선을 재개하기에 충분한 에너지를 잃어야합니다. 일단 그들이 매우 가까워지면 (약 0.001 파스), 평범한 상대성 이론에 따르면 중력 파도의 큰 크레센도에서 궤도 운동량의 마지막 모멘텀, 중력 교란에서 울려 퍼지는 잔물결을 제시 할 것이라고 말합니다. 이 에너지의 마지막 폭발은 블랙홀을 함께 묶고, 블랙홀이 얼마나 방대되는지에 따라 몇 시간, 며칠 또는 몇 년 만에 작업을 마무리합니다.
이 치명적인 포옹을 운전하는 것은 무엇입니까? "최종 Parsec 문제"로 알려진 문제는 호기심의 문제가 아닙니다. 대답은 우주가 어떻게 정교한 구조와 중력 자체의 본질을 구축했는지에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있습니다. 그렇기 때문에 물리학 자들이 시뮬레이션을 땜질함에 따라 천문학 자들은 하늘을 검색하여 블랙홀이 야생에서 최종 파르세스 문제를 해결하는 방법에 대한 단서를 찾고 있습니다.
지난 30 년 동안 천문학 자들은 다양한 충돌 단계에서 이중 초대형 블랙홀로 수백 개의 은하의 스냅 샷을 수집했습니다. 그러나 가장 친밀한 초상화조차도 수천 개의 파르세스보다 더 가까이있는 쌍을 드러내지 않습니다. 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 Matthew Graham은“Parsec 규모 또는 더 작은 합병에 훨씬 더 가까운 사람들을 찾는 것은 훨씬 더 어렵습니다. 지구상의 가장 큰 망원경조차도 꽉 궤도에있는 두 개의 블랙홀 이미지를 해결하기에 충분히 확대 할 수 없습니다.
그래서 Graham과 그의 동료들은 대신 간접 경로를 찾아 검색하고 있습니다. 퀘이사는 엄청나게 밝은 거대한 고대 은하입니다. 물질은 중앙의 초대형 블랙홀을 향해 소용돌이 치기 때문에, 각 운동량은이 덩어리의 일부를 방사선으로 변환하여 은하 자체를 능가하는 디스크로 축적됩니다. 가스와 먼지는 부드러운 흐름으로 디스크로 흐르지 않기 때문에 퀘이사 라이트는 일반적으로 임의의 패턴으로 다양합니다.
그러나 2013 년 말에 그레이엄은“아픈 엄지 손가락처럼 눈에 띄는 퀘이사가왔다”고 말했다. 카탈리나 실시간 과도 설문 조사라는 협업에서 10 년 분량의 데이터를 사용하여, 그와 그의 동료들은 이상하게 예측 가능한 신호를 얻었습니다. 지구에서 약 35 억 개의 광년, 퀘이사“PG 1302-102”는 누군가가 5 년 반마다 꾸준히 더 밝고 어둡게 보이는 것처럼, 누군가가 천천히 코스 딕머 스위치를 고용하는 것처럼 보였습니다.
이주기를 생산할 수있는 것은 무엇입니까? Graham은“우리는 4 ~ 5 개의 다른 물리적 시나리오를 생각해 냈습니다. 예를 들어, 두 번째 초대형 블랙홀의 혁명은 Searchlight Beams와 같은 Quasar의 방사선 제트를 일상적으로 방향 전환 할 수 있습니다. 또는이 여분의 블랙홀이 소용돌이 치는 물질의 디스크를 뒤틀어 정기적 인 일정으로 퀘이사를 밝게하고 어둡게했습니다. 모든 연구원들의 설명에는 한 가지 공통점이있었습니다. PG 1302-102의 중심에있는 블랙홀이 실제로 두 개의 블랙홀 인 경우에만 의미가있었습니다.
PG 1302-102의 중심에 실제로 검은 색 이진이 있다면 Graham과 그의 팀은 0.01 Parsec에서 분리를 추정합니다. Columbia University의 한 팀의 또 다른 분석은 쌍을 0.001 Parsec 또는 대략 우리 태양계의 직경으로 더 가깝게 만듭니다. 블랙홀이 의류 층처럼 중력파를 흘려서 서로의 팔에 빠져 나가야합니다. 어느 쪽이든, 연구원들이 PG 1302-102의 신호를 올바르게 읽고 있다면, 도덕은 동일합니다. 자연은 최종 Parsec 문제를 해결했습니다.
Graham과 다른 연구자들은 지금까지 카탈리나 데이터 세트에서 100 개가 넘는 퀘이사를 확인하여 최종 Parsec 내에서 쉽게 검은 홀 바이너리를 포함 할 수 있다고 생각했습니다. 그들이 의심을 확인할 수 있다면,이 후보자들은 충돌 사가의 그랜드 피날레를 엿볼 수 있습니다. 
그러나 마지막 PARSEC 문제의 큰 휴식은 블랙홀이 어떻게 안정적인 궤도에서 자신을 잠금 해제하여 노조를 완성하는지에 대한 계시입니다. Owen은“우리는 전자기적 파도로 실제로 혼란스러워하고 있습니다. 이론적으로, 블랙 홀 합병은 초신성 폭발보다 1 억 배나 많은 에너지를 방출해야하지만, 그 모든 에너지는 가볍지 않고 중력파의 형태로 나옵니다. "우리는 눈으로 듣는 노력을 기울이고 있습니다. 드럼이 드럼을들을 수 없다면 드럼을 보면서 진동하는 것을 추론하는 것과 같습니다."
.중력파를 통한 검은 홀 충돌을 관찰하면 천문학 자에게 훨씬 더 명확한 시야를 제공 할 수 있습니다. “은하의 중심에서 나오는 빛은 종종 가스와 먼지 구름에 의해 흡수, 재 방출 또는 흩어져 있으며, 희미하고 왜곡 된 그림을 생성한다고 Caltech의 천체 물리학자인 Chiara Mingarelli는 설명합니다. “[중력] 잔물결은 가스와 먼지가 있더라도 상관하지 않습니다. 이것은 시공간 자체의 직물입니다.”
그러나 이러한 잔물결을 발견하는 것은 쉽지 않을 것입니다. 중력 파 천문학은 신생 과학이지만 한 번의 탐지를 반환하지는 않습니다. 또한, Ligo와 같은 최첨단 레이저 기반 관측소는 천문학 자들이 PG 1302-102와 같은 친밀한 검은 색 바이너리에서 펌핑하는 천천히 진동하는 파도에 민감하지 않습니다.
연구원들은 자연이 제공 한“망원경”을 사용하여 이러한 교란을 픽업하기를 희망합니다 :밀리 초 펄서. 폭발 된 별의 조밀하고 회전하는 시체는 바다에서 부표처럼 우주를 점령하고 원자 클록 정확도로 지구를지나 라디오 파도를 휩쓸고 있습니다. 우리의 은하계에서 수십 밀리 초 펄서 ( "펄서 타이밍 어레이")의 진드기를 모니터링함으로써, 천문학 자들은 은하계에서 최종 Parsec을 통과하는 두 개의 검은 구멍에서 중력파의 서지를 보여주는 Telltale 편차를 찾을 수 있습니다.
.빠른 플러터에서 느리게 팽창에 이르기까지 이러한 파도의 스펙트럼 시그니처는 물리학자가 통일 과정의 새로운 또는 수정 된 모델을 테스트 할 수있는 데이터를 제공 할 것입니다. 위스콘신-밀워키 대학교 (University of Wisconsin-Milwaukee)에서 이러한 충돌을 연구하는 대학원생 인 조셉 사이먼 (Joseph Simon)은“펄서 타이밍 어레이는이 마지막 부분 척도에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알려주는 유일한 도구입니다.
중력파가 없으면 중요한 단서를 제공 할 수 있습니다. Simon은 거의 10 년의 시간 유지 후 Pulsar 타이밍 어레이는“감지가 아닌 것조차도 우리에게 무슨 일이 일어나고 있는지 알려줄 정도로 충분히 민감하다”고 말했다. 이 배열이 아직 중력파의 향기를 얻지 못했다는 사실은 이론가들이 최종 Parsec을 가로 지르면 블랙홀을 충돌시키는 일에 대한 이론가들의 이해가 옳지 않다는 것을 의미 할 수 있습니다. 중력 방사선으로 분출하기보다는 최종 플 런지에서 잃어버린 에너지 중 일부는 대신 근처의 별 및 가스와의 알려지지 않은 상호 작용을 통해 피를 흘릴 수 있습니다. 예를 들어, 블랙홀은 예를 들어 그들을 향한 별을 떠나는 별을 떠날 것입니다. 또는 그들의 중력 당기기는 먼지와 가스의 디스크를 토크 할 수 있습니다. 물리학 자가이 에너지 매핑 메커니즘을 해결할 수 있다면, 블랙홀 병합이 최종 파르세스를 처음으로 교차하는 방법을 설명 할 수 있습니다.
.그들의 계산은 그것들을 아인슈타인의 예측의 가장자리로 데려 갈 것입니다. Owen은“우리는 일반 상대성 이론에 대해 매우 잘 알려진 이론과 같은 일반적인 상대성에 대해 이야기하며, 일부 측정에 따르면 물리학에서 가장 정확하게 확인 된 이론입니다. 그러나 과학자들은 블랙홀 합병과 같은 극단적 인 중력 사건에서 그것을 테스트 한 적이 없으며, 물리학은 3 세기 전에 Isaac Newton이 제시 한 법률에서 극적으로 분기됩니다. 에너지, 운동량 및 질량과 같은 친숙한 개념이 의미를 잃는 경우. 검은 구멍 노조의 중력 폭발이 일반 상대성이라는 것보다 실제로 약한 것으로 판명되면, 조정을위한 시간이 될 수 있습니다.
궁극적으로, 블랙 홀 러브 스토리를 완성하면 우리가 지구상에서 어떤 종류의 타는지를 알려줍니다. Owen은“이것은 실제로 매우 차분한 초강성 외국의 시공간과 시공간의 매우 폭력적인 바다의 차이입니다.
Kate Becker는 물리학, 천문학 및 우주의 다른 불가사에 대해 썼습니다. 그녀는 매사추세츠 주 브룩 라인에 살고 있습니다.
