{{위키데이터 속성 추적}}
{{물리우주론|초기 우주}}

'''중력파 배경''' (또한 '''GWB''' 및 '''확률적 배경''' )은 [[우주]]를 관통하는 [[중력파]]의 무작위적 배경이며, [[w: Pulsar timing array|펄사 타이밍 배열(pulsar timing array)]]들과 같은 중력파 실험으로 검출할 수 있다.<ref name=O'Callaghan>O'Callaghan, Jonathan (4 August 2023). [https://www.scientificamerican.com/article/a-background-hum-pervades-the-universe-scientists-are-racing-to-find-its-source/ "A Background 'Hum' Pervades the Universe. Scientists Are Racing to Find Its Source - Astronomers are now seeking to pinpoint the origins of an exciting new form of gravitational waves that was announced earlier this year"]. ''Scientific American''.</ref> 신호는 초기 우주의 확률적 과정처럼 본질적으로 무작위일 수도 있고, 초대질량 블랙홀 쌍성들처럼 해결되지 않은 약한 독립 중력파 소스들이 한 일관성 없는 중첩으로 생성될 수도 있다. 중력파 배경을 감지한 것은 가상의 고대 초대질량 블랙홀 쌍성들과 같은 천체 물리학 소스 모집단, 그리고 가상의 원시 급팽창 및 우주 끈들과 같은 초기 우주 과정에 대해서 다른 수단으로는 접근할 수 없는 정보를 줄 수 있다.<ref name=Romero>Joseph D. Romano, Neil. J. Cornish (2017). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5478100 "Detection methods for stochastic gravitational-wave backgrounds: a unified treatment"]. ''Living Rev Relativ''. 20 (1): 2. arXiv:[https://arxiv.org/abs/1608.06889 1608.06889].</ref>

== 확률적 배경의 소스 ==
그 배경에 대한 몇개의 잠재적 소스들은 다양한 관심 주파수 대역에 걸쳐 가설로 설정되어 있으며, 각 소스는 서로 다른 통계적 특성들을 가진 어떤 배경을 생성한다. 확률적 배경의 소스들은 크게 우주론적 소스와 천체물리학적 소스의 두 가지 범주로 나눌 수 있다.

=== 우주론적 소스 ===
우주론적 배경은 여러가지의 초기 우주 소스들로부터 발생할 수 있다. 이러한 원시적 소스들의 몇 가지 예들은 초기 우주에서 시간에 따라 변하는 급팽창적  스칼라 장들, 인플라톤 입자들에서 일반 물질로의 에너지 전달을 포함하는 급팽창 후의 "예열" 메커니즘들, 초기 우주의 우주론적 위상 전이(예: 전기약 위상 전이), 우주 끈들 등이 있다. 이러한 소스들은 보다 가설적이지만, 그들로부터 어떤 원시 중력파 배경을 감지는 새로운 물리학의 한 주요 발견이 될 것이며 또한 초기 우주론과 고에너지 물리학에 한 엄청난 영향이 미치게 될 것이다.{{refn|Krauss, Lawrence D; Dodelson, Scott; Meyer, Stephan (21 May 2010). [https://www.science.org/doi/10.1126/science.1179541 "Primordial Gravitational Waves and Cosmology"]. ''Science''. 328 (5981): 989–992.}}{{refn|Christensen, Nelson (21 November 2018). [https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/aae6b5/meta "Stochastic gravitational wave backgrounds"]. ''Reports on Progress in Physics''. 82 (1): 016903.}}

=== 천체물리학적 소스 ===
어떤 천체물리학적 중력파 배경은 다수의 약하고, 독립적이며, 또한 해결되지 않은 천체물리학적 소스들에 의한 결합된 노이즈에 의해 생성된다.<ref name=Romero /> 예를 들어 항성 질량 쌍성 블랙홀 병합으로부터의 천체물리학적 중력파 배경은 현재 세대의 지상 기반 중력파 탐지기들의 확률론적 배경의 핵심 소스가 될 것으로 예상된다. [[레이저 간섭계 중력파 관측소|LIGO]] 와 [[VIRGO 간섭계]] 감지기는 이미 그러한 블랙홀의 병합에서 개별적인 중력파 사건들을 감지했다. 그렇지만, 탐지기에서 무작위로 나타나는 노이즈의 어떤 잡음을 생성하는, 개별적으로 분해할 수 없는 대규모 집단의 합병들도 있을 것이다. 개별적으로 분해할 수 없는 다른 천체 물리학적 서스들도 또한 한 중력파 배경을 형성할 수 있다. 예를 들어, 항성 진화의 마지막 단계에서 어떤 충분히 무거운 별은 붕괴하여 한 [[블랙홀]]이나 한 [[중성자별|중성자별을]] 형성할 것인데―폭발적인 [[초신성]] 사건의 마지막 순간에 급속한 붕괴에, 이러한 형성들이 발생할 수 있으며, 중력파가 이론적으로 방출될 수 있다.<ref name="Ott" /><ref name="Fryer" /> 또한, 고속으로 회전하는 중성자별들에는 중력파의 방출로 인해 발생하는 모든 종류의 불안정성들이 있다.{{출처|날짜=2023-11-17}}

소스들의 특성은 또한 신호의 민감한 주파수 대역에 따라 달라진다. [[레이저 간섭계 중력파 관측소|LIGO]] 및 [[VIRGO 간섭계]]와 같은 현세대 지상 기반 실험들은 약 10 Hz ~ 1000 헤르츠의 오디오 주파수 대역에서 민감하게 작동한다. 이 대역에서 확률론적 중력파 배경의 가장 가능성이 소스는 쌍성 중성자별과 항성 질량 쌍성 블랙홀 병합에서 나오는 천체물리학적 배경일 것이다.<ref>{{저널 인용|제목=GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences|저널=Physical Review Letters|성=LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration|성2=Abbott|이름2=B. P.|날짜=2018-02-28|권=120|호=9|쪽=091101|arxiv=1710.05837|bibcode=2018PhRvL.120i1101A|doi=10.1103/PhysRevLett.120.091101|pmid=29547330|성3=Abbott|이름3=R.|성4=Abbott|이름4=T. D.|성5=Acernese|이름5=F.|성6=Ackley|이름6=K.|성7=Adams|이름7=C.|성8=Adams|이름8=T.|성9=Addesso|이름9=P.}}</ref>

다른 관측 수단으로는 [[w: Pulsar timing array|펄사 타이밍 배열(pulsar timing array)]](PTA)를 사용하는 방법이 있다. 세 개의 컨소시엄들―[[w: European Pulsar Timing Array|유럽 펄사 타이밍 배열(European Pulsar Timing Array)]](EPTA), [[w: North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves|북미 중력파 나노헤르츠 관측소(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves)]](NANOGrav) 및 [[w: Parkes Observatory|파크스 펄사 타이밍 배열(Parkes Pulsar Timing Array)]](PPTA)―은 [[w: International Pulsar Timing Array|국제 펄사 타이밍 배열(International Pulsar Timing Array)]]로서 협력하고 있다. 이들은 전파 망원경을 사용하여 나노헤르츠에서 100나노헤르츠 범위의 낮은 주파수로 중력파에 민감한 은하 규모의 검출기를 형성하는 밀리초 펄사 배열을 모니터링한다. 기존 망원경으로는, 한 신호를 감지하는 데 수년간의 관측이 필요하고 또한 검출기 감도는 점차 향상된다. 감도 한계들은 천체 물리학 소스들에 대해 예상되는 것들에 근접하고 있다.{{refn|Sesana, A. (22 May 2013). "Systematic investigation of the expected gravitational wave signal from supermassive black hole binaries in the pulsar timing band". ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters''. 433 (1): L1–L5. arXiv:[https://arxiv.org/abs/1211.5375 1211.5375].}}

질량이 10<sup>5</sup>-10<sup>9</sup> [[태양질량]]인 [[초대질량 블랙홀]]들은 은하들 중심에서 발견된다. 초대질량 블랙홀들과 은하들 중 어느 것이 먼저 왔는지, 또는 어떻게 진화했는지는 알려져 있지 않다. 은하들이 병합될 때 중앙의 초질량 블랙홀도 병합될 것으로 예상된다.{{refn|Volonteri, Marta; Haardt, Francesco; Madau, Piero (10 January 2003). "The Assembly and Merging History of Supermassive Black Holes in Hierarchical Models of Galaxy Formation". ''The Astrophysical Journal''. 582 (2): 559–573. arXiv:[https://arxiv.org/abs/astro-ph/0207276 astro-ph/0207276]].}} 이 초대질량 쌍성들은 잠재적으로 가장 큰 저주파 중력파 신호들을 생성한다; 가장 거대한 것은 한 나노 헤르츠 중력파 배경의 잠재적 인 소스들이며, 이것은 원칙적으로 PTA들에 의해서 감지될 수 있다.{{refn|Sesana, A.; Vecchio, A.; Colacino, C. N. (11 October 2008). "The stochastic gravitational-wave background from massive black hole binary systems: implications for observations with Pulsar Timing Arrays". ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society''. 390 (1): 192–209. arXiv:[https://arxiv.org/abs/0804.4476 0804.4476].}}

== 탐지 ==
[[파일:correlation_vs_angular_separation_between_pulsars.svg|섬네일|upright=1.5|나노그래브(2023년)로 관측된 펄사들과 펄사들 간 각도 분리 사이의 상관관계의 플롯, 여기서는 한 이론적 헬링스-다운 모형(보라색 점선)과 중력파 배경이 없는 경우(녹색 실선)가 비교된다.{{refn|[https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230623-245-Focus-on-NANOGrav-15-year "Focus on NANOGrav's 15 yr Data Set and the Gravitational Wave Background"]. ''iopscience.iop.org''. June 2023.}}{{refn| [http://news.berkeley.edu/2023/06/28/after-15-years-pulsar-timing-yields-evidence-of-cosmic-gravitational-wave-background "After 15 years, pulsar timing yields evidence of cosmic gravitational wave background"]. 29 June 2023.}}.]]
2016년 2월 11일, [[레이저 간섭계 중력파 관측소|LIGO]]와 [[VIRGO 간섭계]]의 공동 연구팀은 2015년 9월에 발생한 최초의 중력파 직접 탐지 및 관측을 발표했다. 이 경우에서는, 두 개의 블랙홀이 충돌하여 검출 가능한 중력파를 생성했다. 이것은 한 중력파 배경(GWB)의 잠재적 탐지를 위한 첫 번째 단계이다.<ref name="PRL-20160211" /><ref name="Nature_11Feb16" />
2023년 6월 28일, [[w: North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves|북미 나노헤르츠 중력파 관측소(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves)]] 공동 연구팀은 밀리초 펄사들의 한 배열로부터 관측 데이터를 사용하는 중력파 재경(GWB)에 대한 증거를 발표했다. {{refn|Miller, Katrina (28 June 2023). [https://www.nytimes.com/2023/06/28/science/astronomy-gravitational-waves-nanograv.html "The Cosmos Is Thrumming With Gravitational Waves, Astronomers Find - Radio telescopes around the world picked up a telltale hum reverberating across the cosmos, most likely from supermassive black holes merging in the early universe"]. ''The New York Times''.}}{{refn|Agazie, Gabriella; Anumarlapudi, Akash; Archibald, Anne M.; Arzoumanian, Zaven; Baker, Paul T.; Bécsy, Bence; Blecha, Laura; Brazier, Adam; Brook, Paul R.; Burke-Spolaor, Sarah; Burnette, Rand; Case, Robin; Charisi, Maria; Chatterjee, Shami; Chatziioannou, Katerina (June 2023). [https://doi.org/10.3847%2F2041-8213%2Facdac6 "The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background"]. ''The Astrophysical Journal Letters''. 951 (1): L8. }} [[EPTA]],{{refn|Antoniadis, J. (28 June 2023). "The second data release from the European Pulsar Timing Array". ''Astronomy & Astrophysics''. 678: A50. arXiv:[https://arxiv.org/abs/2306.16214 2306.16214].}} [[파크스 천문대]]{{refn|Reardon, Daniel J.; Zic, Andrew; Shannon, Ryan M.; Hobbs, George B.; Bailes, Matthew; Di Marco, Valentina; Kapur, Agastya; Rogers, Axl F.; Thrane, Eric; Askew, Jacob; Bhat, N. D. Ramesh; Cameron, Andrew; Curyło, Małgorzata; Coles, William A.; Dai, Shi (29 June 2023). [https://doi.org/10.3847%2F2041-8213%2Facdd02 "Search for an Isotropic Gravitational-wave Background with the Parkes Pulsar Timing Array"]. ''The Astrophysical Journal Letters''. 951 (1): L6.}} 및 [[중국 펄사 타이밍 배열(Chinese Pulsar Timing Array, CPTA)]]{{refn|Xu, Heng; Chen, Siyuan; Guo, Yanjun; Jiang, Jinchen; Wang, Bojun; Xu, Jiangwei; Xue, Zihan; Nicolas Caballero, R.; Yuan, Jianping; Xu, Yonghua; Wang, Jingbo; Hao, Longfei; Luo, Jingtao; Lee, Kejia; Han, Jinlin (29 June 2023). [https://doi.org/10.1088/1674-4527/acdfa5 "Searching for the Nano-Hertz Stochastic Gravitational Wave Background with the Chinese Pulsar Timing Array Data Release I"]. ''Research in Astronomy and Astrophysics''. 23 (7): 075024.}}{{refn|[https://scitechdaily.com/probing-the-universes-secrets-key-evidence-for-nanohertz-gravitational-waves/ "Probing the Universe's Secrets: Key Evidence for NanoHertz Gravitational Waves"]. ''scitechdaily.com''. Chinese Academy of Sciences. 2 July 2023. "최근 중국 과학자들은 나노헤르츠 중력파의 존재에 대한 핵심 증거를 발견하였고, 이것이 나노헤르츠 중력 연구의 새로운 시대를 열었다."}}들의 관측들도 또한 같은 날 발표되어, 서로 다른 망원경들과 분석 방법들을 사용하여 GWB의 증거를 교차 검증을 제공했다.{{refn|Rini, Matteo (2023). [https://doi.org/10.1103%2FPhysics.16.118 "Researchers Capture Gravitational-Wave Background with Pulsar "Antennae"" "네 개의 독립적인 공동 연구팀들이 우리 은하를 통과하는 중력파의 한 배경을 발견하였고, 이것은 그런 파들을 생성할 수 있는 천체 물리학 및 우주론적 과정들에 대한 한 새로운 창을 열었다."]. ''Physics. Physics'' 16, 118 (29 June 2023). 16: 118. }} 이러한 관측들은 이론적 [[헬링스-다운 곡선]], 즉,  하늘에서 각도 분리의 한 함수로서 두 펄사들 사이의 사극성 상관 관계의 최초의 측정을 제공했는데, 이것은 관측 된 배경의 중력파 기원의 한 숨길 수 없는 신호이다.<ref>Jenet, Fredrick A.; Romano, Joseph D. (1 July 2015). [https://pubs.aip.org/aapt/ajp/article-abstract/83/7/635/1042811/Understanding-the-gravitational-wave-Hellings-and?redirectedFrom=fulltext "Understanding the gravitational-wave Hellings and Downs curve for pulsar timing arrays in terms of sound and electromagnetic waves"]. ''American Journal of Physics''. 83 (7): 635–645.</ref> [[초대질량 블랙홀]]들의 쌍성들이 주요 후보들이기는 하지만. 이 중력파 배경의 소스들은 추가 관측들과 분석들이 없이는 확인될 수 없다.<ref name=O'Callaghan />

== 같이 보기 ==
{{포털|물리학}}
* [[w: Cosmic background radiation|우주 배경 복사(
Cosmic background radiatio)]]
* [[우주 마이크로파 배경]]
* [[우주 중성미자 배경]]
* [[중력파천문학]]

== 각주 ==
{{각주|refs=
<ref name="PRL-20160211">{{저널 인용|author=Abbott, B.P. |display-authors=et al. |title=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger |journal=[[Phys. Rev. Lett.]] |volume=116 |issue=6 |pages=061102 |year=2016 |doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102 |arxiv = 1602.03837 |bibcode = 2016PhRvL.116f1102A |pmid=26918975|s2cid=124959784 }}</ref>
<ref name="Nature_11Feb16">{{저널 인용|title=Einstein's gravitational waves found at last |journal=Nature News|url=http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361 |date=11 February 2016 |last1=Castelvecchi |first1=Davide |last2=Witze |first2=Alexandra |doi=10.1038/nature.2016.19361 |s2cid=182916902|access-date=11 February 2016 }}</ref>
<ref name="Ott">{{저널 인용|last1=Ott |first1=Christian D. |last2=O'Connor |first2=Evan P. |last3=Gossan |first3=Sarah E. |last4=Abdikamalov |first4=Ernazar |last5=Gamma |first5=Uschi C. T. |last6=Drasco |first6=Steve |display-authors=1 |year=2012 |title=Core-Collapse Supernovae, Neutrinos, and Gravitational Waves |journal=[[Nuclear Physics B: Proceedings Supplements]] |volume=235 |pages=381–387 |arxiv=1212.4250 |bibcode=2013NuPhS.235..381O |doi=10.1016/j.nuclphysbps.2013.04.036|s2cid=34040033 }}</ref>
<ref name="Fryer">{{저널 인용|last1=Fryer |first1=Chris L. |last2=New |first2=Kimberly C. B. |year=2003 |title=Gravitational Waves from Gravitational Collapse |journal=[[Living Reviews in Relativity]] |volume=6 |issue= 1|pages= 2|arxiv=  gr-qc/0206041|bibcode=  2003LRR.....6....2F|doi=10.12942/lrr-2003-2|pmid=28163639 |pmc=5253977 }}</ref>
}}

== 외부 링크 ==
* [[arxiv:gr-qc/9909001|중력파 실험과 초기 우주 우주론(Gravitational Wave Experiments and Early Universe Cosmology)]]

{{중력파}}
{{우주론 주제}}

[[분류:중력의 영향]]
[[분류:중력파]]
[[분류:우주 배경 복사]]
[[분류:중력파천문학]]