| LIGO에서 새 중력파 발견, 중국 "후이옌" 위성이 참여 | ||
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 2017년 10월 16일 22시, 미국국립과학재단(National Science Foundation, United States)은 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO)와 비르고 중력파관측소(Virgo)에서 공동으로 2017년 8월 17일 최초의 중성자별 쌍성 병합 중력파 사건을 발견하였으며 세계중력파전자기대응체관측연맹은 해당 중력파 사건의 전자기 대응체를 발견하였다고 선포하였다. 중국 첫 우주공간 X선 천문관측위성-후이옌(慧眼) HXMT 망원경(이하 "후이옌" 망원경으로 약칭)은 이번 중력파 사건의 발생 과정을 성공적으로 모니터링하여 중력파 사건 및 중력파 섬광체의 물리적 메커니즘을 연구하는데 중요한 공헌을 함으로써 협력팀 형식으로 이번 역사적 발견 논문 발표과정에 참여하였을 뿐만 아니라 논문의 본문 부분에 관측 결과를 보고하였다. 해당 논문은 2017년 10월 16일 공식 발표되었다. 중국 첫 우주공간 X선 천문관측위성-후이옌 HXMT 망원경은 2017년 6월 15일 지우취안(酒泉)위성발사센터에서 창정 4호(長征四號) 을(乙) 운반로켓으로 발사하였다. 후이옌 HXMT 망원경은 중력파 사건 발생 과정에서 중력파원이 위치한 우주 영역을 성공적으로 모니터링하였으며 해당 감마선 전자기 대응체(중력파 섬광체)가 고에너지 영역(MeV, 백만 전자볼트)에서의 복사 성질에 대한 엄격한 한계를 확정하였다. 중력파는 1916년 아인슈타인이 일반 상대론을 제안한 후 예언하였다. 극단적인 천체물리 과정에서 중력장은 돌발적 변화가 발생하며 시공간적 변동이 발생할 뿐만 아니라 외부로 전파되는데 이러한 현상을 "시공간적 파동"이라고 한다. 2015년 9월 14일 LIGO에서 최초로 블랙홀 쌍성 병합으로 유발된 중력파 사건을 발견한 후 이번 LIGO와 Virgo가 공동으로 탐측한 중성자별 쌍성 병합 중력파 사건을 포함하여 이미 4차 중력파 사건을 탐측하였다. 중력파의 직접 탐측은 2017년도 노벨 물리학상을 수여받았다. 중력파 전자기 대응체 탐측은 중력파 사건, 우주학 및 기초 물리 연구에 대체할 수 없는 결정적 작용을 일으키기에 중력파 연구의 다음 단계는 중력파 사건에서 생성되는 전자기 복사를 발견하는 것이다. 중력파 전자기 대응체는 동일 근원의 천체 현상으로서 중력파를 동반하여 동시에 생성되는 전자기 신호이다. 이번에 발견한 중력파 사건은 기존에 발견한 블랙홀 쌍성 병합과 달리 2개 중성자별 병합으로 생성되었다. 이론적 예측에 의하면 중성자별 쌍성 병합으로 중력파가 생성될 수 있을 뿐만 아니라 전자기파도 생성될 수 있다. 즉 중력파 전자기 대응체가 생성될 수 있다. 그러므로 이번에 탐측한 중력파 및 전자기 대응체는 중대한 발견으로서 천문학 및 물리학 발전사에서 획기적인 의미가 있으며 다중신호 중력파 천문학 시대를 열었다. 이번 중력파 사건은 아주 중요한 의미가 있다. 천문학자들은 대량의 지상 및 공간 망원경을 이용하여 관측하였으며 또한 천문학 역사에서 아주 드문 전세계 규모의 연합 관측을 진행하였다. 중력파 사건 발생 과정에서 오직 4대 X선 및 감마선 망원경만 폭발 지역을 성공적으로 모니터링 하였는데 그중 중국 "후이옌" 망원경이 포함된다. "후이옌"은 0.2~5 MeV 에너지 영역에서의 탐측 수신 면적이 가장 크고 시간 해상도가 가장 우수하기에 중력파 섬광체의 백만 전자볼트(MeV) 에너지 영역 감마선 복사에 대한 탐측 능력이 가장 강하다. 기존에 이번 사건과 유사한 근거리(약 1.3억 광년) 중성자별 쌍성 병합 과정에서 생성된 중력파 섬광체가 아주 밝다고 예측하였지만 이번 중력파 사건에서 생성된 중력파 섬광체는 이외로 어두웠으며 특히 MeV 에너지 영역에서의 복사가 아주 미약하여 망원경("후이옌" 망원경을 포함)으로 해당 에너지 영역에서 중력파 섬광체를 탐측하지 못하였다. "후이옌" 망원경의 강한 탐측 성능을 기반으로 해당 중력파 섬광체가 MeV 에너지 영역에서의 복사 성질에 대한 엄격한 상한계 범위를 확정하였다. 해당 성과는 역사적 발견 논문에 선정되었을 뿐만 아니라 2017년 10월 16일 "중국 과학: 물리학·역학·천문학" 저널 온라인으로 게재되었다. "후이옌" 망원경의 최초 설계 목표는 블랙홀 및 중성자별 등 은하계 내 X선 천체 탐측을 통한 극단적 중력장 조건에서의 물리 규칙 연구이다. 프로젝트팀은 "후이옌" 망원경 보조 탐측기에 대한 혁신성 사용을 통하여 뜻밖으로 "후이옌" 망원경의 감마선 폭발 및 중력파 전자기 대응체에 대한 탐측 기능을 발견하였다. 이로써 "후이옌" 망원경은 현재 세계에서 운영되고 있는 가장 중요한 감마선 폭발 모니터링 설비로 되어 해당 망원경의 과학적 산출을 대폭 확장시켰다. "후이옌" 위성은 국가국방과학기술공업국과 중국과학원에서 공동으로 개발하였으며 2017년 6월 15일 지우취안위성발사센터에서 발사되어 5개월간 시험 운행을 계획하였으며 중국과학원 고에너지물리연구소(입자천체물리중점실험실)에서 망원경 관측 운영 및 데이터 처리를 담당하고 있다. 이번 중력파 사건 관측 참여 전 "후이옌" 망원경은 오직 2개월간 시험 운행을 경과하였다. 시험 운행 결속 후 "후이옌" 망원경은 정식으로 과학 관측을 시작함과 아울러 중력파 섬광체에 대한 모니터링 연구를 진행할 예정이다. LIGO 협력팀이 2016년에 중력파를 탐측한 후 중력파 사건에서의 전자기 대응체 발견은 가장 중요한 천체물리 문제 중 하나이다. "후이옌" 망원경 기술을 기반으로 중국과학원 고에너지물리연구소에서는 중력파 섬광체의 중력파 고에너지 전자기 대응체에 대한 전문적 탐사 전천후 모니터링 프로젝트(GECAM)를 제안하였으며 해당 프로젝트를 "산뎬(閃電)"이라고 명명하였다. "산뎬"은 맞춤형 최적화 설계를 사용하였기에 전천후 조건에서 임의로 폭발하는 중력파 섬광체를 동시에 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 낮은 탐측 한계값, 높은 모니터링 민감도 및 우수한 위치결정 능력을 보유하고 있기에 중력파 섬광체에 대한 종합 탐측 성능이 기존 망원경에 비하여 훨씬 우수하다. 중국과학원 첨단과학중점연구계획의 지원에 의해 "산뎬" 프로젝트의 핵심 기술 파악 및 방안 설계 대부분 작업은 이미 완성되었다. 만약 해당 프로젝트를 즉시 입안하면 2020년 전으로 발사할 수 있어 최적의 민감도를 보유한 LIGO, Virgo 등 중력파 탐측기와 연합 관측을 진행할 수 있으며 또한 "후이옌" 망원경과 연합하여 광대역 에너지 범위 내에서 중력파 섬광체의 성질을 획득함으로써 최대의 과학적 산출을 실현하여 중국의 중력파 전자기 대응체 탐측 연구가 세계 선진 수준에 도달할 것으로 전망된다. 정보출처 : http://scitech.people.com.cn/n1/2017/1017/c1007-29591065.html |
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