중력파 탐지기로서의 달
&총알; 물리학 15, 34
새로운 분석 기술 덕분에 지구와 달 사이의 거리를 정확하게 측정하면 중력파 배경의 크기를 더 잘 추정할 수 있습니다.
마이크로헤르츠 주파수 범위(약 몇 주에 한 번 펄스)에서 지속적으로 지구에 충돌하는 모든 중력파의 공세는 지구-달 시스템에 대한 정확한 영향을 측정하여 감지할 수 있습니다. 이 수십 년 된 아이디어를 활용하여 연구원들은 최신 레이저 거리 측정 데이터를 사용하여 이전 추정치에 비해 이러한 파동의 잠재적 전력에 훨씬 더 작은 상한선을 설정할 수 있음을 보여주었습니다. [1, 2]. 이 기술은 자연 궤도 시스템을 민감한 감지기로 사용하여 중력파를 조사하는 강력하고 새로운 방법을 약속합니다.
중력파는 블랙홀 합병에서 빅뱅에 이르기까지 우주에서 가장 격렬한 사건에 대한 정보를 제공할 수 있지만 현재 감지기는 두 개의 서로 다른 주파수 대역 사이에 사각 지대가 있습니다. 미국, 유럽 및 일본에 위치한 레이저 간섭계를 기반으로 하는 LIGO-Virgo-KAGRA 협력은 1~1000Hz 범위의 주파수를 가진 파동을 감지할 수 있습니다. 또 다른 감지 방식은 펄서의 주기적인 신호를 사용하여 몇 년에 한 번 펄스에 해당하는 나노 헤르츠(nHz)의 중력파를 감지합니다. 따라서 마이크로헤르츠 단위의 파동에는 큰 간격이 있습니다( ) 시스템은 예를 들어 병합 전에 서로 공전하는 후반 단계에서 초거대질량 블랙홀의 쌍성 쌍에 의해 생성될 수 있습니다.
유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 알렉산더 젠킨스(Alexander Jenkins)는 “우리는 그 격차를 해소하는 것을 목표로 하고 있습니다. 아이디어는 방법을 측정하는 것입니다. [the waves] 지구-달 시스템을 포함한 쌍성계의 궤도에 영향을 미칩니다.” Jenkins는 많은 연구자들이 1970년대부터 이 아이디어를 개발하는 데 도움을 주었다고 말합니다. 가장 간단한 경우, 예를 들어 궤도 운동과 동일한 주파수의 연속 중력파는 이 공명 현상을 통해 시간이 지남에 따라 파동의 특성을 반영하여 궤도가 변경됩니다.
블래스와 AC 젠킨스
2013년 콜롬비아 대학의 Lam Hui와 동료들은 중력파가 주파수 범위 Hz는 이진 시스템에 측정 가능한 영향을 미칠 수 있습니다. [3]. 그들은 이론적으로 모든 방향에서 오는 많은 수의 그러한 파도의 연속적인 배경이 주기 및 기타 궤도 매개변수가 무작위 보행으로 지나가도록 하여 시간이 지남에 따라 점차적으로 변해야 한다는 것을 보여주었습니다. 변화율은 우세한 파도의 강도를 반영합니다.
이진법 펄서(주기적인 신호를 방출하는 한 쌍의 펄서)의 데이터를 사용하여 Hoy와 동료들은 중력파의 잠재적 강도에 대한 상한값을 얻었습니다. 갭. 이제 스페인 바르셀로나 자치 대학의 Jenkins와 Diego Blas는 이 작업을 두 배로 늘려 지구-달 시스템에 대한 현재 데이터의 정확성이 연구원들이 그보다 훨씬 작은 상한을 도출할 수 있어야 함을 보여주었습니다. Hue와 동료들로부터 파생되었습니다.
Jenkins와 Blass는 중력파의 배경에 영향을 받는 이진 시스템의 궤도 운동의 무작위 진화를 따르기 위해 수학적 형식론과 수치적 방법을 개발하기 위해 이전 연구를 활용했습니다. [1]. 이러한 수학적 기술을 통해 궤도 변화와 이를 구동하는 중력파의 특성 사이에 보다 정확한 연결을 만들 수 있었습니다. Jenkins는 “우리의 형식론은 중력파 배경이 주어진 이진 시스템에 미칠 수 있는 모든 영향을 계산하는 보다 완전하고 엄격한 방법을 제공합니다.”라고 말합니다.
동반 논문에서 연구원들은 이러한 방법을 사용하여 현재 “사각지대”에서 중력파 배경 강도의 한계를 낮추는 경로를 제안했습니다. [2]. 그들은 이것이 지구와 달의 궤도에서 미세한 변화를 결정하고 이론 예측과 비교하기 위해 달의 레이저 범위 측정을 사용하여 수행할 수 있다고 주장합니다. 그들의 추정에 따르면 결과는 이러한 파동의 잠재적 진폭에 대한 연구원의 지식을 100배 이상 향상시켜야 합니다.
“이것은 중력파를 보는 흥미롭고 새로운 방법입니다.”라고 포르투갈 리스본에 있는 Ultra-Technical Institute의 블랙홀 물리학자 Vitor Cardoso가 말했습니다. “이 아이디어는 간단하지만 구현하고 작동하는지 증명하려면 어려운 계산이 필요합니다.” 게다가, 발견에 대한 이 대안적인 접근은 중력파의 예상치 못한 근원을 드러낼 수 있다고 그는 말했다. 우리는 “우주는 중력파의 신비한 내용으로 가득 차 있다”는 것을 발견할 수 있습니다.
다음 단계와 관련하여 Jenkins는 더 많은 이론적 작업이 필요하다고 생각합니다. 예를 들어, “그들은 개별 쌍성계일 뿐만 아니라 전체 은하가 중력파에 어떻게 반응하는지 알아야 합니다.”라고 그는 말합니다.
– 마크 뷰캐넌
Marc Buchanan은 영국의 Abergavenny와 프랑스의 Notre Dame de Coursons를 오가며 일하는 프리랜서 과학 작가입니다.
참조
- Blass 및 A.C. Jenkins, “이진 공명에 의한 확률적 중력파 검출”, 물리. 목사 박사 105064021 (2022).
- Blass와 AC Jenkins, “브리징 이진 공진이 있는 중력파 장면의 헤르츠 간격,” 물리. 리트 목사. 128101103 (2022).
- 엘. 호이 et al.중력파에 대한 공진 검출기로서의 이진 시스템. 물리. 목사 박사 87084009 (2013).
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