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밀리초 펄서의 비밀을 밝히다: 왜 그들은 그렇게 빨리 회전하는가?
밀리초 펄사(MSP)는 회전 주기가 10밀리초 미만인 펄사입니다. 이 별들은 놀라운 회전 속도로 천문학자들의 관심을 끌었습니다. 이들은 전자기 스펙트럼의 라디오파, 엑스선, 감마선 부분에서 감지됩니다. 밀리초 펄서는 이중성계에 있는 동반성으로부터 물질을 흡수하여 오래된 중성자별의 회전 속도가 빨라져 형성되는 것으로 추정되며, 따라서 재활용 펄사라고도 불립니다.
밀리초 펄서는 저질량 엑스선 이중 은하와 관련이 있는 것으로 여겨지며, 그 형성과 진화는 천문학 연구의 중요한 주제로 남아 있습니다.
밀리초 펄사의 기원
현재 이론은 일반적으로 밀리초 펄서가 저질량 X선 이진계와 관련이 있다고 믿습니다. 이러한 계에서 동반성의 외층이 로흐 한계를 초과하면 물질이 중성자별의 강착 원반으로 흘러들어가는데, 펄사가 회전하게 합니다. 회전 속도는 초당 수백 회전으로 증가합니다. 표준 진화 모델로는 모든 밀리초 펄서의 진화를 설명할 수 없으며, 특히 더 높은 자기장을 가진 몇몇 젊은 밀리초 펄서의 진화를 설명할 수 없다는 증거가 있을 수 있습니다.
예를 들어, PSR B1937+21은 특수한 경우이며, 연구에 따르면 서로 다른 밀리초 펄서는 최소한 두 가지 서로 다른 과정에 의해 형성될 수 있으며 두 번째 과정의 본질은 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 현재 구상 성단에서 약 130밀리초 펄서가 발견되는 것으로 알려져 있는데, 이는 성단 형성 시 회전 가속이 일어났다는 가설과 일치한다. 별의 밀도가 매우 높으면 펄서가 거대한 동반성과 상호 작용할 확률이 높아지기 때문이다.
펄사 회전 속도의 한계
1982년에 최초의 밀리초 펄서인 PSR B1937+21이 발견되었는데, 이 펄서는 초당 약 641회 회전합니다. 지금까지 발견된 가장 빠른 펄서는 2004년에 발견된 PSR J1748-2446ad로, 초당 716회 회전합니다. 중성자별 구조와 진화에 관한 현재 모델은 회전 속도가 초당 1500회전을 초과하면 중성자별이 붕괴되고, 회전 속도가 초당 1000회전을 초과하면 에너지 손실이 강착 과정의 가속 효과를 초과할 것으로 예측합니다. .
XTE J1739-285와 같은 후보는 매우 높은 회전율을 보이지만, 통계적으로 확실한 뒷받침은 아직 부족합니다.
관찰 결과, 퀘이사의 회전 속도는 중력복사에 의해 영향을 받을 가능성이 매우 높은 것으로 나타났습니다. 예를 들어, IGR J00291+5934는 초당 599회 회전하며 앞으로 중력파를 감지할 수 있는 유력한 후보 중 하나입니다. 밀리초 펄서는 고정밀 타이밍 특성으로 인해 환경 감지를 위한 민감한 도구로 사용될 수 있습니다. 주변 지역의 소행성만큼 작은 천체를 감지하고 질량을 측정할 수 있습니다.
중력파 감지 및 펄사 타이밍
중력파의 존재는 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 핵심 예측입니다. 이러한 파동은 물질의 대규모 운동, 초기 우주의 잔물결, 시공간 자체의 역학에서 발생합니다. 밀리초 펄서는 고정밀 시계로서, 천체역학, 중성자별 지진학, 은하 천문학에 풍부한 응용 잠재력을 가지고 있습니다.
펄서를 중력파 감지기로 사용하려는 가장 초기의 제안은 해당 장치의 기술적 발전으로 가능해졌습니다.
1970년대 후반, 사진과 뎁바일러는 지구와 먼 펄사 사이에 우주의 팔이 있다고 가정하고 펄사를 중력파 감지기로 사용하는 아이디어를 제안했습니다. 1990년 포스터와 백커의 연구로 이 방법은 더욱 개선되었으며, 특히 고안정성 밀리초 펄서에 응용하는 데 적합했습니다.
미래 전망
향후 계획에서는 펄사의 정밀한 타이밍 기술을 사용하여 중력파 배경을 더욱 자세히 조사할 수도 있습니다. 2023년, NANOGrav는 15년간의 데이터 결과를 발표했는데, 이는 중력파 배경의 존재를 예비적으로 보여주고 Hellings-Downs 곡선을 처음으로 측정했습니다. 이 결과는 중력파 감지에 대한 강력한 실험적 증거를 제공했습니다.
밀리초 펄서에 대한 연구는 우주에 대한 우리의 이해를 풍부하게 할 뿐만 아니라, 많은 미해결 미스터리를 밝혀낼 수도 있습니다. 그렇다면, 이 신비롭고 빠르게 회전하는 천체는 어떤 새로운 발견을 가져다 줄까요?
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