PHYSICS 태양계 무게중심 100ｍ 이내로 오차 줄여 블랙홀 연구 도약

태양계 무게중심 100ｍ 이내로 오차 줄여 블랙홀 연구 도약

'은하 시계' 펄서 전파 미세한 차이로 블랙홀 '단서' 중력파 확인

 

[David Champion 제공/ 재판매 및 DB 금지]

태양계의 무게중심은 어디일까?

태양계 안의 모든 행성과 위성(달), 소행성이 태양을 중심으로 돌다보니 태양 정중앙이 고정된 무게중심처럼 여겨지지만 실제로는 태양 표면에 가까운 어딘가 일 것으로 알려져 있다.

각 천체들이 모두 중력을 갖고 태양에 작용해 무게중심을 정확히 짚어내기가 쉽지 않은데 이를 100m이내 오차로 제시하는 연구결과가 나왔다. 태양을 축구장 크기로 봤을 때 머리카락 굵기밖에 안 되는 오차로 무게중심을 잡아냈다는 것이다.

미국 밴더빌트대학과 과학전문 매체 '사이언스얼러트'(ScienceAlert) 등에 따르면 제트추진연구소(JPL) 천문학자 미셸 발리스네리 박사가 이끄는 연구팀은 태양계의 정확한 무게중심을 산출해 중력파 검출에 활용하는 방안을 국제학술지 '천체물리학 저널'(The Astrophysical Journal) 최근호에 발표했다.

연구팀은 빠르게 회전하는 중성자별인 '펄서'가 우주 등대처럼 일정 주기로 방사하는 펄스상(狀) 전파가 지구에 도착하는 미세한 변화를 관측해 중력파의 존재를 확인하려 했다.

중력의 변화가 물결처럼 시공간의 뒤틀림을 통해 전달되는 중력파가 있는 곳을 지나면 '은하 시계'처럼 정확한 주기로 지구에 도착하는 펄서의 전파가 미세하게 늦어지는데, 이런 작은 차이를 포착하려 했다는 것이다.

지난 2015년 '레이저간섭중력판관측소'(LIGO)에서 처음 포착한 중력파는 블랙홀이 서로 가까이서 돌면서 충돌할 때 나오는 것으로 블랙홀과 은하의 형성과 진화를 풀어내는 단서가 될 것으로 여겨지고 있다.

논문 공동 저자인 밴더빌트대학의 스티븐 테일러 조교수는 "우리 은하에서 관측되는 펄서를 활용하기 위해 거미줄을 쳐놓고 중앙에서 줄의 흔들림을 기다리는 거미처럼 되려고 했다"면서 "거미줄의 작은 흔들림도 놓치지 않으려면 정중앙에 있어야 하듯이 (펄서 전파를 포착하려면) 태양계의 무게중심을 제대로 이해하는 것이 중요하다"고 설명했다.

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태양계의 무게 중심은 태양계 내 모든 행성과 위성, 소행성의 질량이 균형을 이루는 곳으로 이 무게중심을 알아야 태양계 내에서 지구의 위치를 정확히 계산해 중력파를 검출할 수 있다.

이 무게중심은 태양을 도는 천체의 위치와 궤도를 계산하는 도플러 추적 자료를 통해 산정해 왔는데, 천체의 질량이나 궤도에 오류가 있으면 특정 펄서 전파를 중력파의 존재를 나타내는 것으로 잘못 해석할 소지가 있다.

특히 다른 행성에 비해 질량이 큰 목성은 12년 주기 궤도를 가진 것은 확인됐지만 목성탐사선 갈릴레오호가 활동할 때 측정치의 질에 영향을 줄 수 있는 기술적 문제가 발생해 궤도 값이 불완전한 상황이다.

 

[Tonia Klein/NANOGrav Physics Frontier Center 제공/ 재판매 및 DB 금지]

이 때문에 연구팀이 기존 태양계 천문력(천체 추산위치표)의 무게중심 자료를 이용해 펄스 전파를 관측해온 '북미 나노헤르츠 중력파천문대'(NANOGrav) 자료를 분석했을 때 일관된 결과를 얻지 못했다.

연구팀은 이에 따라 목성을 중심으로 태양계 천체의 위치와 관련된 불확실성을 없애주는 '베이스이펨'(BayesEphem) 모델을 활용했으며, 중력파를 찾아내면서 태양계의 무게중심도 구하는 새로운 접근방식을 활용했다.

이를 통해 중력파 탐색에서 더 확고한 결과를 얻고 태양계 무게중심도 100ｍ 이내의 오차로 잡아낼 수 있었다고 한다.

테일러 박사는 "우리 은하에 산재한 펄서를 정확히 관측함으로써 우주에서 우리의 위치를 이전보다 더 정확하게 특정할 수 있었다"면서 "(라이고를 비롯한) 다른 중력파 검출 장비에 더해 이런 방식으로 중력파를 찾아냄으로써 우주에 있는 모든 종류의 블랙홀을 더 큰 시각을 갖게 됐다"고 했다.

/연합뉴스

[출처] http://dongascience.donga.com/news.php?idx=37949