초록 ▼

□ 연구개요
현재 중력파로 관측되는 천체의 대부분은 블랙홀 쌍성이며, 향후 건설될 다른 주파수 대역의 중력파 관측기에서도 블랙홀 쌍성은 가장 주요한 관측 대상이 될 것이다. 본 연구개발과제에서는 수치상대론적인 모의실험 등의 방법을 통하여 블랙홀 쌍성과 그로부터 발생하는 중력파에 대한 연구를 수행하였다. 연구개발과제의 목표를 두 가지로 요약하면 다음과 같다.
1. 고이심률 블랙홀 쌍성 궤도와 중력파형 연구
2. 저주파 중력파 검출기와 중간질량 블랙홀 연구

□ 연구 목표대비 연구결과
연구개발과제의 목표

□ 연구개요
현재 중력파로 관측되는 천체의 대부분은 블랙홀 쌍성이며, 향후 건설될 다른 주파수 대역의 중력파 관측기에서도 블랙홀 쌍성은 가장 주요한 관측 대상이 될 것이다. 본 연구개발과제에서는 수치상대론적인 모의실험 등의 방법을 통하여 블랙홀 쌍성과 그로부터 발생하는 중력파에 대한 연구를 수행하였다. 연구개발과제의 목표를 두 가지로 요약하면 다음과 같다.
1. 고이심률 블랙홀 쌍성 궤도와 중력파형 연구
2. 저주파 중력파 검출기와 중간질량 블랙홀 연구

□ 연구 목표대비 연구결과
연구개발과제의 목표에 대한 연구 결과는 다음과 같다.
1.1. 블랙홀 포획 궤도에서의 중력파형 연구
- 블랙홀 두 개가 매우 가까이 근접하여 조우할 때 중력파를 방출하며 궤도가 중력적으로 묶이게 되는 블랙홀 포획 현상을 수치상대론적인 모의실험을 통하여 구현하였다. 또한, 국제적인 공동 연구를 통해 중력파 관측 데이터와 비교하여 고이심률 궤도에서의 중력파형이 고중량 준원형 궤도로부터의 중력파와 혼동될 수 있음을 밝혀내었고, 고이심률 궤도를 갖는 블랙홀 쌍성의 발생 빈도에 대하여 연구하였다.
1.2. 블랙홀 산란 궤도에서의 잦아듦(ringdown) 중력파 연구
- 블랙홀 병합(merging)에서 발생하는 잦아듦 중력파를 살펴본 기존 연구와는 다르게, 병합이 없이 두 블랙홀이 스쳐지나가는 산란 (scattering) 궤도에서도 잦아듦 중력파가 존재함을 수치상대론적인 방법을 사용하여 보였다. 동일 질량의 두 블랙홀이 회전(spin)이 없이 조우하는 경우 서로 다른 블랙홀의 중력 영향하에서 움직이고 있음에도 불구하고, 단일 슈바르츠실트 블랙홀에서의 잦아듦 중력파와 같은 모드로 기술될 수 있음을 보였다.
2. 초전도 저주파 중력파 검출기와 중간질량 블랙홀에 대한 연구
- 기존 중력파 검출기보다 낮은 주파수대역(0.1-10Hz)을 갖는 초전도 저주파 중력파 검출기에 대한 선행 연구에 참여하여, 주요 대상 천체인 중간 질량 블랙홀 쌍성에 대한 연구를 수행하였다. 중간 질량 블랙홀을 관측하기 위한 기기 성능과 관측 가능 거리, 예상 관측 빈도 등을 제시하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
현재의 중력파 관측은 대부분 준원형 궤도나 저이심률 궤도를 갖는 밀집성으로 국한되고 있다. 그러나 본 연구개발과제를 통해 고이심률 궤도를 갖는 블랙홀 쌍성으로부터 발생하는 중력파와, 병합 과정 없이도 만들어지는 잦아듦 중력파가 연구되었다. 이는 지금까지 간과되어 오던 새로운 형태의 중력파형들로서 현재 진행 중인 O4관측을 포함한 중력파 관측과 데이터 처리에서 중요하게 고려되어야 할 대상이며, 향후 고이심률 궤도를 갖는 중력파 발생 천체를 찾는데 중요한 역할을 할 것이다.
현재 가동 중인 LIGO와 미래에 계획되어 있는 LISA 중력파 검출기 사이의 주파수 대역을 메울 수 있는 중력파 검출기에 대한 연구는 아직까지 상대적으로 부족하다. 향후 이에 대한 연구가 본격적으로 시작될 경우 본 연구 결과를 사용하여 기기의 최소 혹은 필요한 성능을 가늠해 볼 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 고이심률 블랙홀 쌍성 궤도와 그로부터 발생하는 중력파에 대한 연구 ... 4
• (2) 중간질량 블랙홀과 저주파수 대역의 중력파 검출기에 대한 연구 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 블랙홀 포획 궤도에서의 중력파형 연구 (Guo et al. 2022, Ebersold et al. 2022) ... 5
• (2) 블랙홀 산란(scattering) 궤도에서의 잦아듦(ringdown) 중력파 (Bae, Hyun & Kang. 2023) ... 6
• (3) 초전도 저주파 중력파 검출기와 중간질량 블랙홀에 대한 연구 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 자체점검표 ... 11
• 7. 참고문헌 ... 11
• 끝페이지 ... 22