최대규모 블랙홀 합병 관측

중력파 관측장치 LIGO가 태양질량의 66 배에 해당하는 블랙홀과 85 배에 해당하는 블랙홀이 70억 년 전에 충돌하여 142 배의 블랙홀로 뭉쳐진 현상이 관측됐다고 합니다. 이름은 아래 이미지에 있듯이 GW190521입니다. 70억 년이면 우주나이의 절반입니다. 이렇게 먼 곳에서의 합병이 관측될 수 있었던 것은 블랙홀이 충돌하는 과정에서 태양질량의 (66+85-142=) 9 배에 해당하는 질량이 중력파로 변환되었기 때문입니다. (계산에 의하면 중성자별 두 개가 가까운 곳에서 회전하는 경우만 해도, 태양의 복사선보다 더 많은 에너지를 중력파로 방출하는 것이라고 있다고 합니다.)

참고로, 예전에 처음 관측되어 LIGO가 노벨상을 수상하게 만든 블랙홀 충돌은 GW150914로, 지금까지 관측된 충돌 중에 질량은 4 번째로 무겁습니다. 이 충돌로 태양질량의 (36+29-62=) 3 배에 해당하는 질량이 중력파로 변환되었던 것이었습니다. (여기에서 ‘질량이 중력파로 변환되었다’고 말씀드리는 이유는 중력의 위치에너지가 감소한 것에 해당하는 에너지가 중력파로 방출되는 것이기 때문입니다. 실제 물질이 중력파로 변환되는 것이 아닙니다.)

이 충돌에 참여한(?) 블랙홀은 별이 죽은 뒤에 남은 것입니다. 별들 사이의 거리가 엄청나게 먼데도 이렇게 충돌할 수 있었던 것, 이들이 애초에 하나의 연성계를 이루는 짝별이었기 때문일 것입니다. 즉 이 블랙홀들은 처음에 생길 때 초신성폭발 같은 현상이 일어나지 않고, 블랙홀이 되었던 것으로 생각됩니다.

이제는… 은하끼리 충돌하여 은하 중심의 블랙홀이 충돌하는 현상의 관측에 관심이 갑니다. 우리은하의 중심에 있는 블랙홀은 은하 중심의 블랙홀 중에는 작은 편인데도 태양질량의 400만 배가 넘습니다. 태양질량의 몇십억 배인 블랙홀도 있고요. 따라서 은하 중심의 블랙홀끼리 충돌할 경우엔 어마어마한 에너지를 방출할 것입니다. 그게 과연 가벼운 블랙홀의 충돌에 맞춰져 있는 LIGO로 정확히 관측될 수 있는지 의문입니다. (예전에 검출기 성능이 나빴을 때 관측했던 데이터에 이런 충돌이 남겨져 있을 가능성도 있습니다.)

출처 : https://www.theverge.com/2020/9/2/21417412/ligo-virgo-gravitational-waves-black-hole-merger-intermediate-mass

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