중성자별-블랙홀 쌍성계에서 발생되는 중력파 세기에 관한 연구 (Gravitational Wave Amplitude for a Neutron Star and Black Hole Binary)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 58권 / 4호 / 426 ~ 434페이지
· 저자명 : 김영민, 박홍조, 이창환

초록

중성자별과 블랙홀로 이루어진 쌍성계는 감마선 폭발의 주된 원인으로
여겨질 뿐만 아니라, 앞으로 Laser Interferometer Gravitational-Wave
Observatory(LIGO)에서 측정 가능할 것으로 기대되는 중력파의 중요한
원인으로 여겨지고 있다. 중성자별-블랙홀 쌍성에서 발생된 중력파로
인하여 쌍성계의 궤도는 점점 줄어들게 되고, 결국 쌍성계는 블랙홀로
병합되는 과정을 가지게 된다. 이 과정에서 Roche lobe overflow에
의하여 중성자별에서 블랙홀로의 질량이동이 일어나게 된다. 이때,
급격히 증가하는 중력파의 세기는 최대가 되며 본문의 계산결과에 따르면
차원이 없는 값으로 대략 ~10-21의 크기를 가지며, 이는 103
m 길이가 이 중력파에 의해 10-18m 변하는 것을 의미한다. 이에
대응되는 주파수의 크기는 중성자별의 상태에 따라서
~102-103Hz 값을 가진다. 질량이동 과정은
~10-3-10-1s 안에 이루어지며 이 또한 쌍성계를
이루는 중성자별의 상태에 따라 차이를 보인다. 본 논문에서는
쌍성계에서 발생되는 중력파의 중성자별 상태에 대한 의존성을 보이고,
이를 바탕으로 세가지 중성자별 유형을 적용하여 중력파의 세기 및
주파수를 계산하였다. 이러한 연구는 최근 보고된 LIGO의 정밀도를
바탕으로 중력파 검측의 가능성을 보이고 있으며, 앞으로 이루어질
Advanced-LIGO 실험에 적용 가능하다.

영어초록

A neutron star and black hole (NS-BH) binary is one of the prominent
sources of gravitational waves (GW) detectable by the LIGO (Laser
Interferometer Gravitational-Wave Observatory) and of gamma-ray
bursts (GRBs). Due to the gravitational-wave radiation, the orbit of
a NS-BH binary shrinks, and the binary eventually merges into a
single black hole. In this process, mass transfer occurs from the
neutron star to the black hole by Roche lobe overflow. The amplitude
and the frequency of the GW for a merging binary increase rapidly
and reach their maximum values at the onset of mass transfer. At
that moment, the amplitude of the GW becomes about ~10-21,
which is a dimensionless quantity. This indicates that a length of
103m fluctuates by 10-18m. The frequency corresponding to
the maximum value of the GW varies from about ~102 to
~103 Hz with respect to the structure of the neutron star.
These frequencies are included in the sensitive ranges of the LIGO.
The merging times are about ~10-3 to ~10-1 and
are affected by the structure of the neutron star. In this work, the
gravitational wave generated by the NS-BH binary is shown to depend
on the equation of state of the NS, and three NS models are
considered to calculate the amplitude and the frequency of the GW.
In comparison with the sensitivities of the LIGO reported to date,
we find that it is possible to detect the gravitational waves and
that our results can be applied to the Advanced-LIGO, which is
expected to be in operation in 2013.

참고자료

· 없음