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보이지 않는 별: 펄서 신호에서 숨겨진 동반자를 추론하는 방법은 무엇입니까?
광활한 우주에서 펄서의 존재는 천체물리학자들, 특히 동반성계로 형성된 쌍성 펄서들에게 중요한 연구 자원을 제공합니다. 이러한 쌍성 펄서는 종종 펄서와 백색왜성 또는 중성자별로 구성된 시스템입니다. 시간이 지남에 따라 과학자들은 정확한 펄스 신호를 통해 숨겨진 동반성의 존재를 추론할 수 있습니다.
펄서에서 방출되는 신호는 자연계의 정밀한 시계와 같습니다. 펄스 주파수를 통해 동반성의 존재를 관찰할 수 있습니다.
1974년 Joseph Hooton Taylor Jr.와 Russell Hulse는 Arecibo 천문대에서 최초의 쌍성 펄서 PSR B1913+16을 발견했습니다. 이 중요한 발견으로 그들은 1993년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 연구에 따르면 펄서의 펄스 주파수는 동반성의 움직임에 따라 변하며, 이러한 변화는 도플러 효과의 영향으로 인한 것입니다. 펄스는 펄서가 지구를 향해 이동할 때 더 자주 발생하고 멀어질수록 덜 자주 발생합니다. 그러므로 이러한 펄스의 변화로부터 과학자들은 동반성의 질량과 운동 특성을 추론할 수 있습니다.
과학자들은 정밀한 펄스 시간 측정을 통해 쌍성 펄스 은하의 작동을 철저하게 설명할 수 있습니다.
PSR B1913+16의 발견은 펄서와 동반 천체에 대한 사람들의 이해를 깊게 했을 뿐만 아니라 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 테스트하기 위한 중요한 실험 플랫폼이 되었습니다. 측정에 따르면 이 쌍성의 질량은 거의 같고, 펄스 사이의 시간 간격은 강한 중력장의 영향을 받습니다. 상대성 이론에 따르면 동반성이 가까워질수록 펄스가 보내는 시간도 달라집니다. 신호가 지연되는 현상을 중력 적색 이동이라고 합니다.
PSR B1913+16에 대한 추가 관찰을 통해 과학자들은 펄서의 궤도 주기가 시간이 지남에 따라 점차 단축된다는 것을 확인했습니다. 이러한 변화는 아인슈타인의 예측과 매우 일치하며 일반 상대성 이론을 검증하는 또 다른 중요한 증거가 됩니다. 이 중력 복사는 시간에 따라 감소하므로 쌍성 맥동 은하 관찰에 있어 중요한 연구 대상이 됩니다.
중력파가 처음 관측되었을 때 과학계의 검증 방식은 다시 한번 전복되었고 쌍성 펄서의 역할이 점점 더 부각되었습니다.
더 자세히 조사하면서 우리는 펄서와 상대적으로 질량이 큰 백색왜성으로 구성된 쌍성계인 중간질량 쌍성 펄서(IMBP)도 발견했습니다. 이러한 유형의 펄서의 회전 주기는 비교적 길며 일반적으로 10~200밀리초 사이입니다. 한 가지 예로 PSR J2222−0137이 있는데, 그 펄서는 질량이 태양 질량의 약 1.3배에 달하는 백색 왜성을 동반하고 있습니다. 이 시스템은 지구에서 약 870광년 떨어져 있으며 가장 가까운 것으로 알려진 쌍성 펄서 중 하나입니다.
IMBP에 있는 동반성의 질량과 독특한 특성은 천문학자들의 관심을 끌었습니다. PSR J2222−0137 B와 같은 고품질 백색 왜성은 온도가 매우 낮으며 "다이아몬드 별"이라고도 불립니다. 동시에, 그 결정화된 특성은 우주에서 그것을 독특하게 만들어 쌍성계와 그 상호 작용에 대한 추가 탐사를 더욱 자극합니다.
반성의 존재는 펄서의 복사와 우주 환경에 큰 영향을 미칩니다. ”
쌍성 펄서의 또 다른 특징은 펄서와 동반성 사이의 물질 교환입니다. 많은 일반 동반별은 진화 과정에서 팽창하여 물질의 바깥층을 펄서 쪽으로 던집니다. 이 과정은 X선 방사선을 생성하고 X선 쌍상을 생성하며 펄서 주변에 강착원반이 형성될 수 있습니다. 펄서에 의해 생성된 "바람" 또는 상대론적 입자 흐름은 동반성의 자기장에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 펄스 방출에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 상호 작용은 우리에게 펄서와 그 환경에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
요약하자면, 쌍성 펄서는 기본적인 물리 법칙을 테스트하는 훌륭한 도구일 뿐만 아니라 우주의 구조를 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 중요한 창이기도 합니다. 모니터링 기술이 계속 발전함에 따라 측정된 펄스 신호에서 관찰되지 않은 동반성의 특성을 보다 정확하게 추론할 수 있게 되어 우주에 대한 이해가 한 단계 더 발전하게 될 것입니다. 이렇게 복잡한 우주에서 우리 눈에 보이지 않는 동반별이 얼마나 많이 숨어 있을까요?
