사상 처음으로, 과학자들은 충돌하는 두 개의 중성자 별의 모습을 사진에 포착하는데 성공했다고 한다. 1억 3000만 광년에서 일어난 이 현상은 "GW170817"이라고 되어있다.
그것도 중력파 천문학 덕분이다. 이 천문학의 한 분야의 전문가가 이 현상이 감지되고 관측 된 장소가 특정되었다. 따라서 빛과 중력파로 동시에 관측 된 첫 사례이기도 하다.
이 발견은 중력파의 5번째가 되는 발견이다. 그것만으로도 대단한 일이지만, 특별한 것은 중력파의 발생원을 처음으로 핀 포인트로 확인이 가능했다는 것.
- 중력파 검출기의 증설과 별의 충돌이 겹쳤던 좋은 조건
이전 4차례에 걸친 검출은, 쌍성 블랙홀의 충돌(또는 융합)로 방사 된 중력파를 파악한 것이었다. 그것이 핀 포인트로 관측할 수 없었던 이유는 크게 두 가지가 있다.
우선 올해 초까지 검출기가 2개 밖에 없었다. 미국 루이지애나 리빙스턴과 워싱턴주 핸 포드의 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)이다. 이때문에 세 번째 발견 때까지는 상당히 넓은 공간의 범위만 확인할 수 밖에 없었다.
그러나 거기에 이탈리아 Virgo가 추가, 위치를 특정하는 정도가 10배나 증가했다. 어쨌든 네 번째 검색으로부터 몇 주 밖에 되지 않았다.
두 번째 이유는, 블랙홀이 본질적으로 보이지 않는다는 것이다. 모든 빛을 흡수하기 때문에 주위의 공간의 변화로 그 존재를 추측할 수 밖에 없었다. 한편, 중성자 별은 잘 보인다. 따라서 중성자 별끼리의 충돌은 기다리고 기다렸던 이벤트였다.
이번 관측은 약 70여개의 지상 및 우주 공간에 설치된 천문대가 LIGO와 Virgo에 참가, 렌즈형 은하 "NGC 4993"의 오른쪽에 있는 바다뱀 자리의 좁은 영역을 조사했다.
첫 번째 검출기가 반응 한 것은 우리 시간으로 8월 17일 21시 41분의 일이었다.
그 1.7초 후에 NASA의 페르미 감마선 우주망원경과 ESA 일체형이 강한 감마선 폭발을 같은 우주 공간에서 감지.
하지만 그 "울림"은 지금까지와는 달랐다. 그것은 음성 데이터로 변환 된 파이지만, 블랙홀 충돌의 경우 순간 밖에 지속되지 않는다. 그런데 GW170817의 경우 100초 가까이 이어졌다. 전세계 과학자들이 몹시 당황하며, 바다뱀 자리에 망원경을 위치, 중성자 별 이라는 것을 발견했다.
중성자 별은 초 거대 질량의 별이 그 일생의 마지막 사이클에서 보여주는 모습이다. 매우 거대한 별의 핵이 붕괴하면 양성자와 전자가 압축 된 중성자와 중성미자로 바뀐다.
중성미자는 거기에서 탈출하지만, 중성자는 10~20킬로미터 직경의 핵에 터무니없는 밀도로 밀린다. 만약 이 핵이 태양 질량의 약 3배 미만이면, 이 밀도에 의해 생기는 압력이 붕괴를 방지, 중성자 별이된다. 그러나 그보다 커지면 붕괴하여 블랙홀이 된다.
GW170817의 두 중성자 별은 태양 질량의 1.1배와 1.6배 정도로, 약 300킬로미터 떨어진 곳을 안쪽으로 향하는 나선형 궤도를 그리면서 서로 주회. 양자의 속도가 증가함에 따라 주위의 시공이 왜곡 우주를 향해 파문을 넓혀갔다.
전문가가 관측 한 거리라면, 마지막에 일어난 충돌은 매우 밝은 것으로, 강렬한 감마선의 "불 덩어리"로 관측되었다. 그 모습은 아래 동영상에서 확인 할 수있다. 중앙의 큰 밝은 점이 NGC 4993 은하로, 그 약간 왼쪽에 있는 것이 GW170817이다.
그 충돌은 태양과 비교해도 그다지 큰 것은 아니다. 1억 3000만 광년에서 발생했고, 눈으로 볼 수 있다.
그러나 방금 전에도 말했던것처럼, 감마선 폭발이 관측되고 있다. 지금까지 감마선 폭발은 중성자 별에 기인하는 것이 아닐까 의심했었다.
지금, LIGO와 Virgo가 좋은 데이터를 제공하고, 우리는 그 해답을 얻을 수 있다. 중력파에 의해 합체 한 천체는 중성자 별에 해당하는 질량이 있고, 감마선이 그것은 블랙홀이 아님을 말하고 있다.(블랙홀이라면 빛을 발한다고 예측되기 때문에)
또한, 또 다시 아인슈타인이 1915년에 발표 한 예언이 옳았다는 것이 입증되었다. 중력파의 속도가 빛과 같은 것을 보여주고 있기 때문이다.
앞으로 몇 주에서 몇 달, 전문가는 킬로 노바의 세부 정보를 찾기 위해 충돌의 관측을 계속하게 될것이다. 충돌로 남겨진 물질은 아직 밝게 빛나면서 우주 공간을 넓혀가고 있다. 상세 내용이 밝혀지면, 논문으로 발표 될 것이다. 아직 연구해야 할 부분은 엄청나게 많은 것 같다.