미국, 이탈리아 및 일본에 있는 중력파 관측장치를 이용한 국제공동연구네트워크 LIGO-Virgo-KAGRA(LVK)가, 사상 최대 블랙홀 합체를 검출했는데, 이 합체에 의해 태양의 약 225배의 질량을 가진 거대 블랙홀이 탄생했다는 것.
미국 핸포드에 있는 중력파 관측소 'LIGO'는, 2015년 세계 최초로 중력파를 직접 검출한 시설로, 이때 검출한 중력파는 두 블랙홀의 합체로 인해 발생한 것으로, 결국 태양의 62배의 질량을 가진 블랙홀이 형성되었다.
그 후, LIGO는 이탈리아의 Virgo 및 일본의 KAGRA와 협력하여, 국제 공동 연구 네트워크인 LVK를 결성하였으며, 이를 통해, LIGO 뿐만 아니라 Virgo 및 KAGRA도 사용함으로써, 2015년 처음 중력파를 관측한 이래, 총 약 300회나 블랙홀의 합체를 관측하는데 성공.
지금까지 관측한 것 중 가장 큰 블랙홀의 합체는, 2021년에 발생한 'GW190521'이라고 불리는 사건이었는데, 이때 합체로 발생한 블랙홀의 질량은 태양의 140배라는 것.
게다가, 2023년 11월 23일에 관측된 중력파 'GW231123'에서는, 태양의 약 100배와 약 140배의 질량을 가진 블랙홀이 합쳐져 태양의 약 225배의 질량을 가진 블랙홀이 탄생. 이번에 보고된 것은 이 GW231123에 대해서...
이번에 합쳐진 블랙홀은 단순히 질량이 클 뿐만 아니라, 고속으로 회전하기도 하는데, 이에 대해 LVK 멤버의 일원인 카디프대의 마크 한남 씨는, "이는 중력파를 통해 관측된 것 중 가장 질량이 큰 블랙홀 쌍성으로, 블랙홀 형성의 이해에 진정한 도전을 던지는 것입니다. 이렇게 거대한 블랙홀은 표준적인 항성진화 모델에서는 존재가 허용되지 않습니다. 하나의 가능성으로 이 쌍성에 있는 두 블랙홀은 더 작은 블랙홀끼리의 합체에 의해 형성됐을 가능성마저 있습니다"라고 말하며, 한 번 합체해 형성된 블랙홀이 더 합체해 거대해졌을 가능성을 시사했다.
캘리포니아 공과대학의 LIGO 이그제큐티브 디렉터를 맡고 있는 데이우 라이체 씨는, "이번 관측은 중력파가 어떻게 우주 전체에 걸친 블랙홀의 근본적이고 이질적인 성질을 독특한 방법으로 밝히고 있는지를 다시 한번 증명하고 있습니다"라고 코멘트.
GW231123에서 관측된 블랙홀의 대질량과 매우 빠른 회전은, 중력파 검출 기술과 기존 이론 모델 모두의 한계를 확대하고 있으며, 신호에서 정확한 정보를 추출하려면 고속 회전하는 블랙홀의 복잡한 역학을 고려한 모델의 사용이 필요했다.
LVK 멤버인 포츠머스대의 찰리 허이 씨는, "블랙홀은 매우 빠른 속도로 회전하는 것처럼 보인다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 한계에 가까운 속도입니다. 따라서 신호의 모형화와 해석은 어렵습니다. 이것은 우리의 이론적 도구의 개발을 전진시키기 위한 뛰어난 사례 연구입니다. 이 복잡한 신호 패턴과 그 의미를 커뮤니티가 완전히 해명하려면, 몇 년이 걸릴 것입니다. 가장 가능성이 높은 설명은 여전히 블랙홀의 합체이지만, 보다 복잡한 시나리오가 그 예상치 못한 특징을 해독하는 열쇠가 될 수 있습니다. 앞으로가 기대됩니"라고 말한다.
LVK에 의한 제4기 관측은 2023년 5월에 개시되며, 전반부 추가 관측 데이터(2024년 1월)의 추가 관측 데이터는 2025년 여름 후반부에 공개될 예정.
또한, GW231123은 2025년 7월 14~18일 스코틀랜드 글래스고에서 개최되는 GR-Amaldi에서 합동으로 개최되는 제24차 국제일반상대성이론과 중력회의(GR24) 및 제16차 에드아르도 아말디 중력파 회의에서 발표될 예정이며, GW231123 검출과 연구에 사용된 교정 데이터는, 중력파 오픈사이언스센터(GWOSC)를 통해 다른 연구자들이 분석할 수 있도록 공개된다.
