펄서 신호의 우주여행: 새로운 연구 결과

펄서 신호의 우주여행

거대한 별의 잔해인 펄서에서 방출되는 전파 신호가 우주를 여행하는 동안 어떻게 왜곡되는지에 대한 새로운 연구 결과가 발표되었습니다. 펜실베니아 주립 대학의 펄서 연구 협력단(Pulsar Search Collaboratory) 학생 클럽의 다년간의 연구를 통해 이뤄낸 이 연구 결과는 천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)에 게재되었습니다.

연구 방법 및 결과

웨스트 버지니아 대학의 모라 맥클라우린 교수가 고등학생과 대학생들을 펄서 과학에 참여시키기 위해 설립한 펄서 연구 협력단은 이 연구에서 사용된 데이터에 대한 접근을 지원했습니다. 연구팀은 아레시보 천문대의 아카이브 데이터를 활용하여 펄서 신호가 성간 매질(ISM, interstellar medium)을 통과하면서 어떻게 변화하는지를 보여주는 패턴을 발견했습니다

ISM은 별과 별 사이의 공간을 채우고 있는 가스와 먼지로 구성되어 있습니다. 연구팀은 23개의 펄서에 대한 섬광 대역폭을 측정했으며, 그중 6개의 펄서는 이전에 연구되지 않았던 새로운 데이터입니다. 연구 결과, 거의 모든 경우에서 측정된 대역폭이 널리 사용되는 은하 모델의 예측보다 높게 나타났습니다. 이는 현재의 ISM 밀도 모델을 업데이트할 필요성을 강조합니다.

연구의 중요성

SETI 연구소의 소피아 셰이크 박사는 "이 연구는 대규모 아카이브 데이터 세트의 가치를 보여줍니다. 아레시보 천문대가 붕괴된 지 수년이 지났지만, 그 데이터는 여전히 은하에 대한 이해를 진전시키고 중력파와 같은 현상을 연구하는 능력을 향상시킬 수 있는 중요한 정보를 제공하고 있습니다."라고 말했습니다.

펄서에서 방출되는 전파가 ISM을 통과할 때, '회절성 성간 섬광'(DISS, diffractive interstellar scintillation)이라는 과정을 통해 왜곡됩니다. 수영장 바닥에 빛이 굴절되어 패턴을 만들거나 밤하늘의 별이 깜박이는 현상과 같은 물리학 원리가 DISS에도 적용됩니다. 수영장의 물이나 대기 중의 공기 대신, 우주 공간의 전하 입자 구름이 펄서의 빛을 시간과 주파수에 걸쳐 '깜박이게' 만드는 것입니다.

 

 

 

펄서 연구를 통한 우주 초기와 중력파의 비밀 탐구

펄서와 중력파 연구

NANOGrav 물리학 프론티어 센터와 같은 협력 연구에서는 펄서를 이용하여 중력파 배경을 연구함으로써 초기 우주의 모습과 초대질량 블랙홀 쌍성계와 같은 중력파원의 빈도를 이해하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 중력파 배경을 정확하게 측정하기 위해서는 펄서의 타이밍 측정이 매우 정밀해야 합니다. 이 연구 결과는 DISS에 의한 왜곡을 더 잘 모델링하여 NANOGrav와 같은 프로젝트의 펄서 타이밍 측정의 정밀도를 높이는 데 도움이 될 것입니다.

은하 구조와 펄서 신호의 왜곡

연구팀은 은하의 나선팔과 같은 구조를 포함하는 모델이, 은하의 구조를 정확하게 모델링하는 것이 어려움에도 불구하고, DISS 데이터에 더 잘 적합하다는 것을 발견했습니다. 또한, 연구팀은 모델이 개발에 사용된 펄서의 대역폭을 가장 정확하게 예측했지만, 새로 발견된 펄서의 예측은 더 나빴다는 것을 보여주었습니다. 이는 은하 구조 모델을 지속적으로 업데이트할 필요성을 강조하는 한계를 시사합니다.

향후 연구

아레시보의 AO327 조사의 일부인 이 파일럿 연구는 펄서 섬광과 중력파에 대한 향후 연구의 기반이 됩니다. 연구팀은 향후 AO327 데이터 세트에서 새로 발견된 펄서로 파일럿 연구를 확장하여 NANOGrav와 같은 펄서 타이밍 배열을 관측하는 협력 연구를 위한 ISM 밀도 모델을 더욱 개선하기를 희망합니다.

이 연구는 SETI 연구소, 펜실베니아 주립 대학, 웨스트 버지니아 대학의 NANOGrav 그룹의 연구원들이 협력하여 진행되었습니다. 연구팀에는 SETI 연구소 연구원인 마이클 램과 전 SETI 연구소 연구원인 그레이스 브라운이 포함되어 있습니다.