초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 밀도가 매우 높은 은하 중심부나 구상성단에서 일어날 수 있는 블랙홀 사이의 근접상호작용에 대한 구체적인 연구를 통해 이들이 내는 중력파의 특성을 규명하고, 차세대 검출기를 통해 어떻게 관측될 수 있는지를 연구하였다. 밀집 항성계의 역학, 항성 질량블랙홀과 중간질량 블랙홀의 상호작용을 연구하여 블랙홀의 성장 가능성 등을 밝히는데 필요한 이론적 기반을 마련하고자 하였다. 또한 향후 중력파 검출기의 성능이 향상됨에 따라다양한 형태의 중력파원이 관측될 경우에 대비하여, 이심률을 가지는 쌍성계의 중력파형 도출

□ 연구개요
본 연구에서는 밀도가 매우 높은 은하 중심부나 구상성단에서 일어날 수 있는 블랙홀 사이의 근접상호작용에 대한 구체적인 연구를 통해 이들이 내는 중력파의 특성을 규명하고, 차세대 검출기를 통해 어떻게 관측될 수 있는지를 연구하였다. 밀집 항성계의 역학, 항성 질량블랙홀과 중간질량 블랙홀의 상호작용을 연구하여 블랙홀의 성장 가능성 등을 밝히는데 필요한 이론적 기반을 마련하고자 하였다. 또한 향후 중력파 검출기의 성능이 향상됨에 따라다양한 형태의 중력파원이 관측될 경우에 대비하여, 이심률을 가지는 쌍성계의 중력파형 도출과 응용, 블랙홀의 근접 조우를 수치모의 실험을 통해 구현하고, 이 때 나나타나는 현상의 규명 등을 추구하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구가 진행됨에 따라 당초 계획했던 방향과 다소 다르게 진행된 부분이 있었다. 우선 블랙홀을 포함하는 성단에서 중력파원의 생성과 특성에 관한 연구 분야에서는 연구해야 할 내용이 너무 다양하여 연구 대상을 회전하는 성단과, 중간질량 블랙홀을 포함하는 성단의 연구로 국한햐였고, 탐구 대상도 중간질량비 쌍성(Intermediate mass ratio binary)의 생성과 진화를 집중적으로 연구하였다. 회전하는 성단의 역학적 진화 연구에서는 회전이 성단 전체의 진화나 쌍성계의 특성에 미치는 영향이 미교적 제한적이라는 다소 실망스러운 연구 결과를 얻어내 이를 보고하는 정도의 논문으로 마무리지을 예정이다. 반면 중간질량 블랙홀을 포함하는 성단의 연구에서는 구성 성분 사이의 질량비가 너무 큰 관계로 (1:1000 이상) N-체 적분 프로그램이 제대로 구동되지 않는 상황이 오래 지속되었으나 다행히 대부분 해결되어 중간질량비 쌍성 형성 연구가 늦게나마 진행되었다.
밀집 성단에서 역학적 과정을 통해 만들어질 것으로 예상되는 이심률을 가지는 쌍성계에 관해서는 비교적 다양한 연구를 수행하였고 흥미로운 결과도 많이 얻었을 뿐 아니라 향후에도 많은 후속 연구가 이루어질 것이다. 우선 Keplerian parameterization 방법을 이용해 이심률리 비교적 큰 상성계에도 적용할 수 있는 해를 구하였고 이를 Mathematica로 구현할 수 있는 코드를 만들어 공개하였다. 또한 이심률을 가지는 쌍성계가 관측될 경우 거리나 위치 정확도가 아주 높아져서 우주론적 응용의 가치가 높다는 사실을 밝혀냈을 뿐 아니라 고차 모드의 관측을 통해 중력파원이 강한 중력파를 내기 전부터 관측이 가능해 다중신호 천문학에 크게 기여할 수 있다는 연구 결과를 얻어냈다. 마지막으로 두 블객홀이 포물선에 가까운 궤도로 충돌하는 과정에 대한 수치모의 실험을 통해 블랙홀이 합병을 하지 않더라도 링다운 신호를 낼 수 있다는 매우 흥미로운 결과를 얻을 수 있었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
지금까지 발견된 중력파는 대부분 원궤도를 가지는 쌍성계의 합병으로부터 나온다는 가정하에 자료 분석이 이루어졌다. 이러한 가정은 실제 관측 데이터의 대부분을 잘 설명해 주었다. 그러나 이미 알려진 중력파원 가운데 스핀 축이 궤도 축과 반대 방향을 향하고 있는 것으로 보이는 경우가 상당수 발견되는 등 역학적 상호 작용을 통해 쌍성계가 만들어진 것이 많이 포함되어 있음을 암시하고 있다. 역학적 상호 작용을 통해 만들어진 쌍성은 비교적 큰 이심률을 가지고 있을 가능성이 높으므로 중력파 검출기의 성능이 높아지고 낮은 주파수 대역의 중력파 검출기가 건설된다면 이심률을 가진 중력파원이 다수 관측될 것이다. 본 연구에서 수행한 여러 연구들은 이심률을 가지는 쌍성계의 자료 분석과 모수 추정에 매우 유용하게 활용될 것이다. 또한 수치모의 실험을 통해 새롭게 알려진 근접 조우 상황에서의 링다운 신호 존재는 일반 상대성 이론의 검증에 활용될 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 구상 성단 및 은하 중심부의 역학과 블랙홀의 역할 ... 5
• 2) 블랙홀 근접 상호작용 및 발생 중력파에 대한 해석적 근사식 개발 모수 추정 ... 7
• 3) 블랙홀 근접 조우에 대한 수치 모의 실험 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 30