우주에는 소리가 없지만 블랙홀은 여전히 ​​노래할 수 있습니다.

두 개의 블랙홀이 충돌할 때, 그들의 노래는 존재의 구조를 통해 파문을 일으키고, 희미해지는 종소리처럼 우주 전체에 울려 퍼지는 시공간 진동의 울려퍼지는 합창을 만들어냅니다. 각각의 우주 듀오는 독특하며 과학자들은 2015년 중력파를 처음 발견한 이후 이 노래를 충실하게 녹음해 왔습니다. 이제 연구원들은 음악 속에 숨겨진 멜로디, 즉 직접파로 알려진 새로 예측된 ​​유형의 중력파 신호를 들을 수 있다고 생각합니다.

직접적인 파도를 그토록 매력적으로 만드는 것은 그 기원입니다. 과학자들이 지금까지 본 모든 중력파 신호(준정규 패턴)는 두 개의 블랙홀이 하나의 더 큰 구멍으로 합쳐지고 그 주변의 뒤틀린 시공간이 안정화된 후에 생성됩니다. 직접적인 파동은 새로운 블랙홀의 사건 지평선 근처에서 발생하는 것으로 보입니다. 이 지점 너머로는 아무것도, 심지어 빛도 빠져나올 수 없습니다.

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캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 물리학자인 Caterina Chatziano는 “이것은 줄다리기와 같습니다.”라고 말합니다. “수평선에 가까이 다가가고 싶지만, 가까이 다가갈수록 그에 대한 정보를 얻는 것이 더 어려워집니다.”

사실, 블랙홀의 사건 지평선 근처에서 생성된 모든 것은 엄청난 중력의 희생양이 될 운명인 것 같습니다. 그러나 블랙홀 합병은 우주에서 가장 폭력적인 사건 중 하나이기도 합니다. 그들의 거대한 중력장은 숟가락이 커피를 휘젓는 것처럼 주변 시공간을 휘저어 이론적으로 이러한 신호 중 일부가 우주 소용돌이를 벗어날 수 있도록 합니다.

네이처(Nature)에 발표된 새로운 연구는 지금까지 관찰된 것 중 가장 명확한 중력파 신호인 GW250114로 알려진 초거대 블랙홀 합병의 데이터를 사용하여 그러한 파동에 대한 최초의 증거를 제공합니다. (지난해 물리학자들에게 전례 없는 세부 사항으로 블랙홀 합병을 분석할 수 있는 드문 기회를 주었던 것은 말장난 의도로 파도를 일으킨 것과 동일한 합병입니다. 이 연구의 결론에는 무엇보다도 블랙홀이 훌륭한 콜리어일 뿐만 아니라 대머리 콜리어라는 것이 포함됩니다.)

직접파에 대한 이론을 개발하는 데 도움을 준 공동 저자인 Sizeng Ma의 경우 GW250114의 시기가 이보다 더 좋을 수는 없습니다. “때때로 예측을 할 때 사람들은 그것이 입증될 때까지 수년을 기다려야 할 수도 있습니다.”라고 그는 말합니다. “이번 이벤트는 너무 시끄럽기 때문에 우리의 예측을 즉시 증명할 수 있습니다.”

GW250114의 신호가 “너무 큰” 이유는 실제로 충돌 자체와는 아무런 관련이 없습니다. 비슷한 강도의 중력파가 이전에 관찰되었습니다. 변경된 것은 하드웨어입니다. 연구에 참여하지 않은 Chatziano는 “마이크가 덜 안정적일 때 동일한 소음을 듣는 것과 같습니다.”라고 말합니다.

간단히 말해서, 10년 간의 기술 발전으로 인해 이 우주 듀오가 실제 쇼로 변모했습니다.

음악적 은유는 중력파가 음파처럼 진동하여 연구자들이 동일한 수학적 도구를 사용하여 이를 분석할 수 있기 때문에 특히 적합합니다. 두 블랙홀의 충돌은 종종 종소리에 비유되는데, 이것이 뒤따르는 희미해지는 신호를 벨소리라고 부르는 이유입니다. Ma는 “중력파를 시공간의 음향학으로 생각할 수 있습니다.”라고 말합니다.

일반적인 벨소리 신호가 종의 희미한 울림이라면 직접파는 종을 처음에 어떻게 쳤는지 알려줄 수 있습니다. 그들은 물리학자들에게 우주에서 가장 극한 환경을 탐험할 수 있는 새로운 방법을 제공할 수도 있습니다. 그러나 천문학자들이 직접파를 보았다는 것을 확인하는 것은 어렵다.

이번 연구에 참여하지 않은 존스 홉킨스 대학의 Emanuele Berti 교수는 “만약 이것을 관찰할 수 있다면 지평선의 특성을 직접적으로 측정할 수 있을 것”이라고 말했습니다. “문제는 우리가 이것을 정말로 볼 수 있느냐는 것입니다.”

GW250114에서 확인된 신호는 직접파 예측과 일치하며 이는 고무적인 신호입니다. 그러나 예측을 일치시키는 것이 그것을 증명하는 것과는 다릅니다. 일부 물리학자들은 그러한 파동이 블랙홀의 사건 지평선 근처의 강렬한 중력 환경을 탈출할 수 있는 능력이나 현재 장비가 주변 소음에서 직접 파동 신호를 안정적으로 분리할 수 있는 능력에 의문을 제기합니다. Berti는 “이러한 것들은 전혀 눈에 띄더라도 알아차리기가 매우 어렵습니다.”라고 말합니다.

그러나 블랙홀에 대한 어떤 관측 증거도 환영할 만하며 중요한 성과라고 Niels Bohr Institute의 중력 센터 소장이자 포르투갈 리스본에 있는 Instituto Tecnologia Superiore의 저명한 교수인 Vitor Cardoso는 말합니다.

물리학자들은 신호를 더 자세히 조사하고 이전에 발견된 준자연 패턴 아래 숨어 있는 직접파의 징후를 찾고 싶어합니다.

이번 연구에는 참여하지 않았지만 컬럼비아 대학교 교수인 Szabolcs Marca는 “전 세계적으로 많은 후속 연구가 이루어질 것이라고 확신하며 이러한 접근 방식이 진전을 촉진할 것”이라고 말했습니다. “더 많이 알아차릴수록 우리는 더 자신감을 갖게 됩니다.”

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