과학자들은 0.22%의 오류율, 즉 블랙홀 융합이 감마선을 생성할지 여부에 대해 논쟁을 벌입니다.

2915년 9월 14일, 워싱턴주 하노버와 루이지애나주 리빙스턴에 있는 첨단 LIGO 탐지기는 둘 다 강력하고 일관되며 눈길을 끄는 중력파 신호를 감지했습니다. 이러한 사건을 최초로 직접 관찰한 것입니다. . 수십 년간의 이론적, 실험적 연구와 개발 작업 끝에 단 20밀리초 동안 지속되는 명확한 신호가 이 감지기에 의해 지속적으로 포착되었습니다. 그 결과, 우리는 놀라운 광경을 목격했다. 각각 태양질량의 36배와 29배인 두 개의 블랙홀이 회전을 마치고 서로 합쳐져 결국 태양질량의 62배, 질량이 67%인 대형 블랙홀이 탄생한 것이다. 그것은 빛의 속도로 회전하며 동시에 나머지 세 개의 태양 질량을 중력파 형태로 방출하여 아인슈타인의 방정식 E=mc^2에 따라 질량을 에너지로 변환합니다.

이론적으로는 두 개의 블랙홀이 합쳐지면 빛 신호가 없어야 하며 전파, 적외선, 가시 광선, 자외선, 엑스레이가 없어야 합니다. 또는 감마선. 그러나 4월 미국물리학회 회의에서 발표된 일련의 데이터에서 NASA의 페르미 위성 학술팀은 LIGO가 감지한 중력파와 일치하는 감마선 현상을 관찰했다고 주장했습니다. 이 소식은 그 자체로 놀랍고 놀라운 소식입니다.

이미지 출처: NASA의 Goddard 우주 비행 센터

Valerie Connaughton이 이끄는 팀의 새로운 논문, 동료 검토에서 약점이 발견되었습니다. 감마선은 50keV를 초과하는 고에너지 방사선의 일시적 펄스로 구성되며, 이는 수소 이온을 이온화하는 데 필요한 에너지의 약 4,000배입니다. 페르미는 하늘의 70%만을 덮고 있기 때문에 사건의 위치는 불충분하지만, 페르미가 관측한 부분에는 LIGO가 관측한 중력파 사건 GW150914의 발생 가능한 위치가 포함되어 있다. 주요 결과는 어떻습니까? 해당 사건은 LIGO 관측 후 불과 0.4초 만에 발생했습니다. 그들의 연구에 따르면, 이 사건이 허위 경보였을 확률은 약 0.22%입니다. 이는 이것이 실제 신호일 확률이 99.78%라는 것을 의미하며, 이는 매우 가능해 보입니다!

페르미가 관찰한 감마선 수 사건 비율

하지만 관찰의 관점에서 보면 몇 가지 문제가 있습니다

우선 , 0.22%의 "오경보 가능성"은 실제로 물리적 기준으로 상당히 높습니다. 사건이 실제 관찰이라고 주장하려면 5σ 유의성에 대한 안정적인 신뢰 수준이 필요하며 이는 0.00003%에 해당합니다. 또는 1/3500000의 오류 확률. 그러나 우리가 가진 것은 1/454의 오류 확률로 2.9σ의 중요한 사건입니다.

둘째, 감마선 모니터링(GBM) 장비가 하늘의 70%를 덮을 때 더 작은 하늘 영역에 최적의 응답 범위가 있습니다. 이 범위에는 In이 포함되지 않습니다. 논문의 저자가 직접 말했듯이 "순간적인 사건의 지속 시간과 스펙트럼은 이것이 페르미를 가리키는 방향과 큰 각도 차이로 버스트가 발생하는 약한 짧은 감마선임을 나타냅니다. 여기서 , GBM 검출기 "반응이 최적이 아니었습니다." 즉, 페르미 위성의 신뢰할 수 없는 데이터를 기반으로 한 관찰입니다.

마지막으로 경쟁 위성 프로젝트인 유럽 우주국의 통합 위성이 있는데, 이는 LIGO 이벤트와 관련된 고에너지 신호를 본 적이 없다고 분명히 밝혔습니다. 권위 있는 천체물리학 저널에 발표된 논문에서 수석 저자인 Volodymyr Savchenko는 다음과 같이 결론을 내렸습니다. 우리는 사용 가능한 모든 종합 위성에서 데이터를 찾았지만 LIGO 감지와 관련된 고에너지 방사선에 대한 단서는 아무것도 발견하지 못했습니다.

즉, 이 0.22% 확률은 실제로 이 신호가 틀릴 가능성이 매우 높다는 것을 의미합니다. 물론 맞다면 신호의 위치를 ​​좁힐 수 있지만, 기존 데이터가 충분히 이해되지 않기 때문에 이를 위해서는 큰 가정이 필요합니다.

이것이 사실일 수 없다는 말은 아니며, 페르미의 결과가 시사적이지 않다는 뜻도 아닙니다. LIGO 협력의 다음 목표는 미래의 모든 중력파 발견 감지를 전자기(광 기반) 신호와 결합하는 것입니다. 이론적으로 두 개의 융합된 블랙홀은 전자기 복사를 생성하지 않지만 LIGO가 민감한 또 다른 중력파 원인 두 개의 융합된 중성자별은 전자기 복사를 생성할 수 있습니다. 부착 디스크 또는 주변 환경이 가능합니다.

시공간에 중력파 전달의 "파급" 효과

출처: ESA–C

이번 사건으로 인한 중력파는 확실히 현실이지만 전자기파는 확실하지 않습니다. 항상 그렇듯이 두 그룹은 페르미 그룹과 통합 위성 중 어느 그룹의 결과가 더 나은지에 대해 서로 논쟁했습니다. 이렇게 해도 문제가 해결되지는 않습니다. 후속 이벤트에서 더 많고 더 나은 데이터만 도움이 될 것입니다. 중력파천문학이라는 주제가 드디어 초기 단계에 접어들었고, 이는 다음 단계로 나아가려는 시도이다. 우리는 결과에 대해 열린 마음을 가져야 하지만 더 나은 데이터를 사용할 수 있을 때까지 이러한 주장에 대해서는 극도로 주의해야 합니다.

저자: Ethan Siegel 선임 기여자

FY: Zhao Dingding

재인쇄 승인을 받고 무결성 유지 및 출처 표시에 주의하시기 바랍니다