{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:LIGO measurement of gravitational waves.png|섬네일|upright=1.5|[[레이저 간섭계 중력파 관측소|LIGO]]와 [[VIRGO 간섭계]]의 [[중력파 관측|중력파 최초 관측]]에 대한 데이터]]

'''중력파 천문학'''('''Gravitational-wave astronomy''')은 [[중력파]]([[알베르트 아인슈타인]]의 [[일반 상대성이론]]에서 예측한 [[시공간]]의 미세한 왜곡)를 관측하여 [[중성자별]]과 [[블랙홀]] 같은 천체, [[초신성]]과 같은 사건, [[대폭발|대폭발(빅뱅}]] 직후 [[우주의 역사|초기 우주]] 등의 과정에 대해 비교적 독특한 데이터를 수집하고 추론하는 새롭게 떠오르는 과학 분야이다.
== 개요 ==
{{본문|중력파}}
중력파는 궤도 쌍성 시스템의 가속 질량에 의해 생성되는 [[중력]] 강도의 파동으로, 빛의 속도로 파원에서 바깥쪽으로 [[파동|파동으로 전파]]된다. 1893년 [[올리버 헤비사이드]]가 처음 제안한 후 1905년 [[앙리 푸앵카레]]가 [[전자기파]]와 유사하지만 중력에 해당하는 파동으로 제안했다.

중력파는 나중에 [[알베르트 아인슈타인]]에 의해 [[일반 상대성이론]]에 근거하여 시공간에 파문을 일으키는 파동으로 [[중력파|1916년에 예측]]되었다. 나중에 그는 중력파를 받아들이지 않았다. 중력파는 [[전자기 복사]]와 유사한 [[복사 에너지]]의 한 형태인 중력 복사로서 에너지를 전달한다. [[고전 역학]]의 일부인 [[만유인력의 법칙|뉴턴의 만유인력의 법칙]]은 [[w:Speed of gravity|물리적 상호작용이 순간적으로 전파된다]](무한한 속도로)는 가정을 전제로 하기 때문에 중력파의 존재를 설명하지 못하며, 이는 뉴턴 물리학의 방법이 상대성 이론과 관련된 현상을 설명할 수 없는 한 가지 방법을 보여준다.

중력파의 존재에 대한 최초의 간접적 증거는 1974년 [[w:Hulse–Taylor pulsar|헐스-테일러 쌍성 펄서(Hulse–Taylor binary pulsar)]]의 궤도 붕괴를 관찰한 결과였는데, 이 붕괴는 중력 복사에 의해 에너지가 손실되면서 일반 상대성이론에서 예측한 붕괴와 일치하는 것으로 나타났다. 1993년 [[러셀 앨런 헐스]]와 [[조지프 후턴 테일러 주니어]]는 이 발견으로 [[노벨 물리학상]]을 수상했다.

[[중력파 관측|중력파의 직접적인 관측]]은 2015년 루이지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸포드에 있는 LIGO [[중력파 검출기]]에서 두 블랙홀의 병합에 의해 생성된 신호가 수신된 이후부터 이루어졌다. 2017년 [[노벨 물리학상]]은 중력파를 직접 검출하는 데 기여한 [[라이너 바이스]], [[킵 손]] 및 [[배리 배리시]]에게 수여되었다.

'''중력파 천문학'''에서는 [[중력파 관측]]을 통해 중력파의 파원들에 대한 데이터를 추론한다. 이러한 방식으로 연구할 수 있는 중력파 파원들으로는 [[백색왜성]]들, [[중성자별]]들, [[블랙홀]]들로 구성된 [[쌍성]]계들, [[초신성]]들과 같은 사건들 및 [[대폭발|대폭발(빅뱅)]] 직후  [[우주의 역사|초기 우주]] 형성 등이 있다.

== 도구 및 과제 ==
{{본문|en:List of gravitational wave observations}}
검출기 간의 협력은 각각의 사양과 감도가 다르기 때문에 독특하고 가치 있는 정보를 수집하는 데 도움이 된다. 미국 워싱턴과 LA에 있는 두 개의 [[레이저 간섭계 중력파 관측소]](LIGO) 검출기, 이탈리아 [[w:European Gravitational Observatory|유럽 중력 천문대(European Gravitational Observatory)]]의 [[VIRGO 간섭계]], 독일의 GEO600 및 일본의 카미오카 중력파 검출기(KAGRA) 등 수 마일/킬로미터에 걸쳐 있는 여러 지상 기반 레이저 간섭계가 있다. LIGO, VIRGO, KAGRA는 지금까지 공동 관측을 해왔지만, GEO600은 장비의 감도가 낮아 현재 시험 및 시험 가동에 활용되고 있으며, 최근에는 다른 장비와의 공동 가동에 참여하지 않고 있다.
[[파일:Gravitational-wave detector sensitivities and astrophysical gravitational-wave sources.png|섬네일|upright=2| 주파수에 따른 다양한 [[중력파 검출기]]의 잡음 곡선. 매우 낮은 주파수에서는 [[w:Pulsar timing array|펄서 타이밍 어레이]], 낮은 주파수에서는 우주 기반 검출기, 높은 주파수에서는 지상 기반 검출기가 있다. 잠재적 천체물리학적 파원들의 특징적인 변형도 표시된다. 신호의 특성 변형이 잡음 곡선보다 커야 감지할 수 있다.<ref>{{웹 인용|title=Gravitational Wave Detectors and Sources|url=http://rhcole.com/apps/GWplotter/|access-date=17 April 2014|author=Moore, Christopher|author2=Cole, Robert |author3=Berry, Christopher |date=19 July 2013}}</ref>]]
=== 고주파 ===
2015년, [[라이고]] 프로젝트는 레이저 간섭계를 사용하여 중력파를 [[중력파 관측|직접 관측]]한 최초의 프로젝트이다.<ref name="NYT-20160211-db">{{뉴스 인용|last=Overbye |first=Dennis |author-link=Dennis Overbye |title=Physicists Detect Gravitational Waves, Proving Einstein Right |url=https://www.nytimes.com/2016/02/12/science/ligo-gravitational-waves-black-holes-einstein.html |date=11 February 2016 |work=[[New York Times]] |access-date=11 February 2016 }}</ref><ref name="NYT-20160211-lk">{{뉴스 인용|last=Krauss |first=Lawrence |author-link=Lawrence Krauss |title=Finding Beauty in the Darkness |url=https://www.nytimes.com/2016/02/14/opinion/sunday/finding-beauty-in-the-darkness.html |date=11 February 2016 |work=[[New York Times]] |access-date=11 February 2016 }}</ref> 라이고 검출기는 두 [[항성질량 블랙홀]]의 병합에서 발생하는 중력파를 관측하여 [[일반 상대성 이론]]의 예측과 일치하는 결과를 얻었다.<ref name="Pretorius2005">{{저널 인용|last1=Pretorius|first1=Frans|title=Evolution of Binary Black-Hole Spacetimes|journal=Physical Review Letters|volume=95|issue=12|pages=121101|year=2005|issn=0031-9007|doi=10.1103/PhysRevLett.95.121101|pmid=16197061|arxiv = gr-qc/0507014 |bibcode = 2005PhRvL..95l1101P |s2cid=24225193}}</ref><ref name="CampanelliLousto2006">{{저널 인용|last1=Campanelli|first1=M.|last2=Lousto|first2=C. O.|last3=Marronetti|first3=P.|last4=Zlochower|first4=Y.|title=Accurate Evolutions of Orbiting Black-Hole Binaries without Excision|journal=Physical Review Letters|volume=96|issue=11|pages=111101|year=2006|issn=0031-9007|doi=10.1103/PhysRevLett.96.111101|pmid=16605808|arxiv = gr-qc/0511048 |bibcode = 2006PhRvL..96k1101C |s2cid=5954627}}</ref><ref name="BakerCentrella2006">{{저널 인용|last1=Baker|first1=John G.|last2=Centrella|first2=Joan|author2-link= Joan Centrella |last3=Choi|first3=Dae-Il|last4=Koppitz|first4=Michael|last5=van Meter|first5=James|title=Gravitational-Wave Extraction from an Inspiraling Configuration of Merging Black Holes|journal=Physical Review Letters|volume=96|issue=11|pages=111102|year=2006|issn=0031-9007|doi=10.1103/PhysRevLett.96.111102|pmid=16605809|arxiv = gr-qc/0511103 |bibcode = 2006PhRvL..96k1102B |s2cid=23409406}}</ref> 이 관측은 항성질량 블랙홀 쌍성계의 존재를 입증했으며, 중력파를 직접 탐지하고 쌍성 블랙홀 병합을 관측한 최초의 사례이다.<ref>{{저널 인용|title = Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger|journal = Physical Review Letters|date = 2016-02-11|issn = 0031-9007|volume = 116|issue = 6|doi = 10.1103/PhysRevLett.116.061102|language = en|first1 = B. P.|last1 = Abbott|first2 = R.|last2 = Abbott|first3 = T. D.|last3 = Abbott|first4 = M. R.|last4 = Abernathy|first5 = F.|last5 = Acernese|first6 = K.|last6 = Ackley|first7 = C.|last7 = Adams|first8 = T.|last8 = Adams|first9 = P.|last9 = Addesso|arxiv = 1602.03837 |bibcode = 2016PhRvL.116f1102A|pmid=26918975|pages=061102|s2cid = 124959784}}</ref> 이 발견은 중력파 천문학을 사용하여 [[암흑 물질]]과 [[대폭발|대폭발(빅뱅}]]에 대한 탐색과 탐구를 발전시킬 수 있다는 것을 확인했기 때문에 과학에 혁명적 인 것으로 특징 지워졌다.
=== 저주파 ===
대안적 관측 수단은 [[w:Pulsar timing array|펄서 타이밍 어레이]](PTA)를 사용하는 것이다. [[유럽 우주국|유럽 펄서 타이밍 어레이]](EPTA), [[w:North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves|북미 중력파 나노헤르츠 관측소(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves)]](NANOGrav) 및 [[w:International Pulsar Timing Array|국제 펄서 타이밍 어레이(International Pulsar Timing Array)]]로 협력하는 [[파크스 천문대|파크스 펄서 타이밍 어레이]](PPTA)의 세 컨소시엄들이 있다. 이들은 기존의 전파 망원경을 사용하지만 나노헤르츠 범위의 주파수에 민감하기 때문에 신호를 감지하는 데 수년간의 관측이 필요하며 또한 검출기 감도는 점차 향상된다. 현재의 한계는 천체물리학적 파원들에서 예상되는 한계에 근접하고 있다.<ref>{{저널 인용|last=Sesana|first=A.|title=Systematic investigation of the expected gravitational wave signal from supermassive black hole binaries in the pulsar timing band|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters|date=22 May 2013|volume=433|issue=1|pages=L1–L5|doi=10.1093/mnrasl/slt034|arxiv = 1211.5375 |bibcode = 2013MNRAS.433L...1S |s2cid=11176297}}</ref>

[[파일:correlation_vs_angular_separation_between_pulsars.svg|섬네일|upright=1.5|이론적 헬링스-다운 모형(점선 보라색)과 중력파 배경이 없는 경우(실선 녹색)와 비교된, 나노그래프(2023년)로 관측한 펄서간 상관관계 대 펄서간 각 분리의 도표<ref>{{웹 인용| url=http://iopscience.iop.org/collections/apjl-230623-245-Focus-on-NANOGrav-15-year | title=IOPscience - Focus on NANOGrav's 15 yr Data Set and the Gravitational Wave Background }}</ref><ref>{{웹 인용| url=http://news.berkeley.edu/2023/06/28/after-15-years-pulsar-timing-yields-evidence-of-cosmic-gravitational-wave-background | title=After 15 years, pulsar timing yields evidence of cosmic gravitational wave background | date=29 June 2023 }}</ref>]]

2023년 6월, 위에서 언급한 세 가지 및 중국 펄서 타이밍 어레이 등 네 개의 PTA 협력은 나노 헤르츠 중력파의 [[중력파 배경|확률론적 배경]]에 대한 독립적이지만 유사한 증거를 제공했다.<ref name="Quanta 2023-06-28">{{웹 인용|last1=O'Callaghan |first1=Jonathan |title=An Enormous Gravity 'Hum' Moves Through the Universe |url=https://www.quantamagazine.org/an-enormous-gravity-hum-moves-through-the-universe-20230628/ |website=quantamagazine.org |date=28 June 2023 |quote=Astronomers have found a background din of exceptionally long-wavelength gravitational waves pervading the cosmos. The cause? Probably supermassive black hole collisions, but more exotic options can’t be ruled out.}}</ref> 각각은 이론적 헬링스-다운 곡선의 독립적 인 첫 번째 측정, 즉, 하늘에서의 각도 분리의 함수로서 두 펄서 사이의 4극성 상관관계는 관찰된 배경의 중력파 기원을 나타내는 신호이다.<ref>{{저널 인용|last1=Agazie |first1=Gabriella |last2=Anumarlapudi |first2=Akash |last3=Archibald |first3=Anne M. |last4=Arzoumanian |first4=Zaven |last5=Baker |first5=Paul T. |last6=Bécsy |first6=Bence |last7=Blecha |first7=Laura |last8=Brazier |first8=Adam |last9=Brook |first9=Paul R. |last10=Burke-Spolaor |first10=Sarah |last11=Burnette |first11=Rand |last12=Case |first12=Robin |last13=Charisi |first13=Maria |last14=Chatterjee |first14=Shami |last15=Chatziioannou |first15=Katerina |date=June 2023 |title=The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background |journal=The Astrophysical Journal Letters |language=en |volume=951 |issue=1 |pages=L8 |doi=10.3847/2041-8213/acdac6 |s2cid=259274684 |issn=2041-8205 |arxiv=2306.16213 |bibcode=2023ApJ...951L...8A |doi-access=free }}</ref><ref>{{저널 인용|arxiv=2306.16214 |first=J. |last=Antoniadis |title=The second data release from the European Pulsar Timing Array |journal=Astronomy & Astrophysics |date=28 June 2023|volume=678 |pages=A50 |doi=10.1051/0004-6361/202346844 |s2cid=259274756 }}</ref><ref>{{저널 인용|last1=Reardon |first1=Daniel J. |last2=Zic |first2=Andrew |last3=Shannon |first3=Ryan M. |last4=Hobbs |first4=George B. |last5=Bailes |first5=Matthew |last6=Di Marco |first6=Valentina |last7=Kapur |first7=Agastya |last8=Rogers |first8=Axl F. |last9=Thrane |first9=Eric |last10=Askew |first10=Jacob |last11=Bhat |first11=N. D. Ramesh |last12=Cameron |first12=Andrew |last13=Curyło |first13=Małgorzata |last14=Coles |first14=William A. |last15=Dai |first15=Shi |date=2023-06-29 |title=Search for an Isotropic Gravitational-wave Background with the Parkes Pulsar Timing Array |journal=The Astrophysical Journal Letters |volume=951 |issue=1 |pages=L6 |doi=10.3847/2041-8213/acdd02 |s2cid=259275121 |issn=2041-8205|arxiv=2306.16215 |bibcode=2023ApJ...951L...6R |doi-access=free }}</ref><ref>{{저널 인용|last1=Xu |first1=Heng |last2=Chen |first2=Siyuan |last3=Guo |first3=Yanjun |last4=Jiang |first4=Jinchen |last5=Wang |first5=Bojun |last6=Xu |first6=Jiangwei |last7=Xue |first7=Zihan |last8=Nicolas Caballero |first8=R. |last9=Yuan |first9=Jianping |last10=Xu |first10=Yonghua |last11=Wang |first11=Jingbo |last12=Hao |first12=Longfei |last13=Luo |first13=Jingtao |last14=Lee |first14=Kejia |last15=Han |first15=Jinlin |date=2023-06-29 |title=Searching for the Nano-Hertz Stochastic Gravitational Wave Background with the Chinese Pulsar Timing Array Data Release I |url=https://doi.org/10.1088/1674-4527/acdfa5 |journal=Research in Astronomy and Astrophysics |volume=23 |issue=7 |pages=075024 |doi=10.1088/1674-4527/acdfa5 |arxiv=2306.16216 |bibcode=2023RAA....23g5024X |s2cid=259274998 |issn=1674-4527}}</ref> 이 배경의 출처는 아직 밝혀지지 않았지만 [[초대질량 블랙홀]]들의 쌍성들이 가장 유력한 후보이다.<ref>{{웹 인용|last1=O'Callaghan |first1=Jonathan |title=A Background 'Hum' Pervades the Universe. Scientists Are Racing to Find Its Source |url=https://www.scientificamerican.com/article/a-background-hum-pervades-the-universe-scientists-are-racing-to-find-its-source/ |website=scientificamerican.com |access-date=5 August 2023 |date=4 August 2023 |quote=Astronomers are now seeking to pinpoint the origins of an exciting new form of gravitational waves that was announced earlier this year.}}</ref>

=== 중간 주파수 ===
더 나아가 미래에는, 우주선 탐지기들의 가능성이 있다. [[유럽우주국]]은 2034년 발사 예정인 L3 임무를 위해 중력파 임무를 선택했으며, 현재 개념은 [[레이저 간섭계 우주 안테나|진화형 레이저 간섭계 우주 안테나]](eLISA)이다.<ref>{{웹 인용| title = ESA's new vision to study the invisible universe| publisher = ESA | url = http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_s_new_vision_to_study_the_invisible_Universe |access-date = 29 November 2013}}</ref> 또한 일본의 [[DECIGO]]도 개발 중이다.

== 과학적 가치 ==
[[천문학]]은 전통적으로 [[전자기복사]]에 의존해 왔다. 가시광선 대역에서 시작된 천문학은 기술이 발전함에 따라 [[전파천문학|전파]]에서 [[감마선]]에 이르기까지 [[전자기 스펙트럼]]의 다른 부분도 관측할 수 있게 되었다. 각각의 새로운 주파수 대역은 우주에 대한 새로운 관점을 제시하고 새로운 발견을 예고했다.<ref>{{서적 인용|last=Longair|first=Malcolm|title=Cosmic century: a history of astrophysics and cosmology.|date=2012|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-1107669369}}</ref> 20세기에는 간접의 그리고 나중에는직접의 [[w:Cosmic-ray observatory|고에너지의 거대 입자에 대한 측정]]을 통해 우주에 대한 추가적인 창을 제공했다. 20세기 후반, [[w:Solar neutrino|태양 중성미자(Solar neutrino)]]의 검출은 [[중성미자 천문학]] 분야를 확립하여 [[태양]]의 내부 작용과 같이 이전에는 접근할 수 없었던 현상에 대한 통찰력을 제공했다.<ref>{{서적 인용|last=Bahcall|first=John N.|title=Neutrino Astrophysics|url=https://archive.org/details/neutrinoastrophy0000bahc|url-access=registration|date=1989|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge|isbn=978-0521379755|edition=Reprinted.}}</ref><ref>{{웹 인용|last=Bahcall|first=John|title=How the Sun Shines|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/themes/physics/fusion/|publisher=[[Nobel Prize]]|access-date=10 May 2014|date=9 June 2000}}</ref> [[중력파]] 관측은 천체물리학 관측을 위한 또 다른 수단을 제공한다.

[[러셀 앨런 헐스|러셀 헐스]]와 [[조지프 후턴 테일러 주니어|조셉 테일러]]는 한 쌍의 중성자별(그중 하나는 펄서)의 궤도 붕괴가 중력 복사에 대한 일반 상대성이론의 예측에 부합한다는 것을 보여준 공로로 1993년 [[노벨 물리학상]]을 수상했다.<ref name=npp1993>{{웹 인용|title=The Nobel Prize in Physics 1993 |publisher=Nobel Foundation |url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1993/index.html|access-date=2014-05-03}}</ref> 그 후, 다른 많은 쌍성 펄서([[w:PSR J0737−3039|이중 펄서 시스템]] 한 개 포함)가 관측되었으며, 모두 중력파 예측에 부합한다.<ref>{{저널 인용|last=Stairs|first=Ingrid H.|title=Testing General Relativity with Pulsar Timing|journal=Living Reviews in Relativity|volume=6|issue=1|pages=5|doi=10.12942/lrr-2003-5|pmid=28163640|pmc=5253800|arxiv = astro-ph/0307536 |bibcode = 2003LRR.....6....5S |date=2003}}</ref> 2017년 노벨 물리학상은 중력파를 최초로 검출한 [[라이너 바이스]], [[킵 손]] 및 [[배리 배리시]]에게 수여되었다.<ref name="BBC-20171003">{{뉴스 인용|last1=Rincon |first1=Paul |last2=Amos |first2=Jonathan |url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-41476648|title=Einstein's waves win Nobel Prize |work=[[BBC News]] |date=3 October 2017 |access-date=3 October 2017}}</ref><ref name="NYT-20171003">{{뉴스 인용|last=Overbye |first=Dennis |author-link=Dennis Overbye |title=2017 Nobel Prize in Physics Awarded to LIGO Black Hole Researchers |url=https://www.nytimes.com/2017/10/03/science/nobel-prize-physics.html |date=3 October 2017 |work=[[The New York Times]] |access-date=3 October 2017 }}</ref><ref name="NYT-20171003dk">{{뉴스 인용|last=Kaiser |first=David |author-link=David Kaiser |title=Learning from Gravitational Waves |url=https://www.nytimes.com/2017/10/03/opinion/gravitational-waves-ligo-funding.html |date=3 October 2017 |work=[[The New York Times]] |access-date=3 October 2017 }}</ref>

중력파는 다른 수단이 제공하는 정보에 보완적인 정보를 제공한다. 서로 다른 수단으로 관측한 단일 사건에 대한 관측을 결합하면, 그 근원의 속성을 더 완벽하게 이해할 수 있다. 이를 [[w:Multi-messenger astronomy|다중 메신저 천문학{Multi-messenger astronomy}]]이라고 한다. 중력파는 다른 수단으로는 보이지 않거나 거의 감지할 수 없는 시스템을 관측하는 데에도 사용할 수 있다. 예를 들어, 중력파는 블랙홀의 특성을 측정하는 독특한 방법을 제공한다.

중력파는 많은 시스템에서 방출될 수 있지만, 감지 가능한 신호를 생성하려면 [[광속]]의 상당 부분 속도로 움직이는 매우 거대한 물체로 구성되어야 한다. 주요 파원은 두 개의 [[밀집성|컴팩트한 천체]]들로 이루어진 쌍성이다. 예시적인 시스템은 다음과 같다:
* [[백색왜성]]들, [[중성자별]]들 또는 [[블랙홀]]들과 같이 서로 가깝게 공전하는 항성 질량 천체 두 개로 구성된 컴팩트한 쌍성들. 궤도 주파수가 낮은 더 넓은 쌍성계는 [[LISA]]와 같은 검출기의 파원들이다.<ref>{{저널 인용|last=Nelemans|first=Gijs|title=The Galactic gravitational wave foreground|journal=Classical and Quantum Gravity|date=7 May 2009|volume=26|issue=9|pages=094030|doi=10.1088/0264-9381/26/9/094030|arxiv = 0901.1778 |bibcode = 2009CQGra..26i4030N |s2cid=11275836}}</ref><ref>{{저널 인용|last=Stroeer|first=A|author2=Vecchio, A|title=The LISA verification binaries|journal=Classical and Quantum Gravity|date=7 October 2006|volume=23|issue=19|pages=S809–S817|doi=10.1088/0264-9381/23/19/S19|arxiv = astro-ph/0605227 |bibcode = 2006CQGra..23S.809S |s2cid=9338900}}</ref> 더 가까운 쌍성계는 [[LIGO]]와 같은 지상 기반 검출기에 신호를 생성한다.<ref>{{저널 인용|title=Predictions for the rates of compact binary coalescences observable by ground-based gravitational-wave detectors|journal=Classical and Quantum Gravity|date=7 September 2010|volume=27|issue=17|pages=173001|doi=10.1088/0264-9381/27/17/173001|arxiv = 1003.2480 |bibcode = 2010CQGra..27q3001A |display-authors=1 |last1=Abadie|first1=J.|last2=Abbott|first2=R.|last3=Abernathy|first3=M.|last4=Accadia|first4=T.|last5=Acernese|first5=F.|last6=Adams|first6=C.|last7=Adhikari|first7=R.|last8=Ajith|first8=P.|last9=Allen|first9=B.|last10=Allen|first10=G.|last11=Amador Ceron|first11=E.|last12=Amin|first12=R. S.|last13=Anderson|first13=S. B.|last14=Anderson|first14=W. G.|last15=Antonucci|first15=F.|last16=Aoudia|first16=S.|last17=Arain|first17=M. A.|last18=Araya|first18=M.|last19=Aronsson|first19=M.|last20=Arun|first20=K. G.|last21=Aso|first21=Y.|last22=Aston|first22=S.|last23=Astone|first23=P.|last24=Atkinson|first24=D. E.|last25=Aufmuth|first25=P.|last26=Aulbert|first26=C.|last27=Babak|first27=S.|last28=Baker|first28=P.|last29=Ballardin|first29=G.|s2cid=15200690}}</ref> 지상 기반 검출기는 잠재적으로 수백 태양 질량의 [[중간 질량 블랙홀]]을 포함하는 쌍성계를 감지할 수 있다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.sr.bham.ac.uk/gwgroup/science.php#150305953|title=Measuring Intermediate-Mass Black-Hole Binaries with Advanced Gravitational Wave Detectors|website=Gravitational Physics Group|publisher=University of Birmingham|access-date=28 November 2015}}</ref><ref>{{웹 인용|title=Observing the invisible collisions of intermediate mass black holes|url=http://www.ligo.org/science/Publication-S6IMBH/index.php|website=LIGO Scientific Collaboration|access-date=28 November 2015}}</ref>
* 10<sup>5</sup>~<sup>9</sup>의 [[태양 질량]]의 질량을 가진 두 개의 블랙홀로 구성된 [[초대질량 블랙홀]]인 쌍성 초대질량 블랙홀은 은하 중심에서 발견된다. 은하가 병합될 때 중앙의 초대질량 블랙홀도 병합될 것으로 예상된다.<ref>{{저널 인용|last=Volonteri|first=Marta|author2=Haardt, Francesco |author3=Madau, Piero |title=The Assembly and Merging History of Supermassive Black Holes in Hierarchical Models of Galaxy Formation|journal=The Astrophysical Journal|date=10 January 2003|volume=582|issue=2|pages=559–573|doi=10.1086/344675|arxiv = astro-ph/0207276 |bibcode = 2003ApJ...582..559V |s2cid=2384554}}</ref> 이들은 잠재적으로 가장 큰 중력파 신호이다. 가장 거대한 쌍성계는 [[PTA]]들의 파원이다.<ref>{{저널 인용|last=Sesana|first=A.|author2=Vecchio, A. |author3=Colacino, C. N. |title=The stochastic gravitational-wave background from massive black hole binary systems: implications for observations with Pulsar Timing Arrays|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|date=11 October 2008|volume=390|issue=1|pages=192–209|doi=10.1111/j.1365-2966.2008.13682.x|arxiv = 0804.4476 |bibcode = 2008MNRAS.390..192S |s2cid=18929126}}</ref> 덜 거대한 쌍성계(약 백만 태양 질량)는 [[LISA]]와 같은 우주 운반 탐지기의 파원이다.<ref name="eLISA/NGO">{{저널 인용|last=Amaro-Seoane|first=Pau|author2=Aoudia, Sofiane |title=Low-frequency gravitational-wave science with eLISA/NGO|journal=Classical and Quantum Gravity|date=21 June 2012|volume=29|issue=12|pages=124016|doi=10.1088/0264-9381/29/12/124016|arxiv = 1202.0839 |bibcode = 2012CQGra..29l4016A |last3=Babak|first3=Stanislav|last4=Binétruy|first4=Pierre|last5=Berti|first5=Emanuele|last6=Bohé|first6=Alejandro|last7=Caprini|first7=Chiara|last8=Colpi|first8=Monica|last9=Cornish|first9=Neil J.|last10=Danzmann|first10=Karsten|last11=Dufaux|first11=Jean-François|last12=Gair|first12=Jonathan|last13=Jennrich|first13=Oliver|last14=Jetzer|first14=Philippe|last15=Klein|first15=Antoine|last16=Lang|first16=Ryan N.|last17=Lobo|first17=Alberto|last18=Littenberg|first18=Tyson|last19=McWilliams|first19=Sean T.|last20=Nelemans|first20=Gijs|last21=Petiteau|first21=Antoine|last22=Porter|first22=Edward K.|last23=Schutz|first23=Bernard F.|last24=Sesana|first24=Alberto|last25=Stebbins|first25=Robin|last26=Sumner|first26=Tim|last27=Vallisneri|first27=Michele|last28=Vitale|first28=Stefano|last29=Volonteri|first29=Marta|last30=Ward|first30=Henry|s2cid=54822413}}</ref>
* 초대질량 블랙홀을 공전하는 항성질량 소형 천체의 [[w:Extreme mass ratio inspiral|극한 질량비{extreme mass ratio inspiral}]] 시스템들<ref>{{저널 인용|last=Amaro-Seoane|first=P.|title=Stellar dynamics and extreme-mass ratio inspirals|journal=Living Reviews in Relativity|volume=21|issue=1|pages=4|date=May 2012|arxiv = 1205.5240 |bibcode = 2018LRR....21....4A |doi=10.1007/s41114-018-0013-8|pmid=29780279|pmc=5954169}}</ref> 이들은 [[LISA]]와 같은 검출기의 파원이다.<ref name="eLISA/NGO"/> 매우 [[이심율|편심인]] 궤도를 가진 시스템은 가장 가까운 접근 지점을 통과할 때 중력 복사의 폭발을 생성한다.<ref>{{저널 인용|last=Berry|first=C. P. L.|author2=Gair, J. R.|title=Observing the Galaxy's massive black hole with gravitational wave bursts|journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|date=12 December 2012|volume=429|issue=1|pages=589–612|doi=10.1093/mnras/sts360|arxiv = 1210.2778 |bibcode = 2013MNRAS.429..589B |s2cid=118944979}}</ref> 거의 원형 궤도를 가진 시스템, 내나선(inspiral}의 끝으로 예상되는, LISA의 주파수 대역 내에서 지속적으로 방출된다.<ref>{{저널 인용|last=Amaro-Seoane|first=Pau|author2=Gair, Jonathan R |author3=Freitag, Marc |author4=Miller, M Coleman |author5=Mandel, Ilya |author6=Cutler, Curt J |author7= Babak, Stanislav |title=Intermediate and extreme mass-ratio inspirals—astrophysics, science applications and detection using LISA|journal=Classical and Quantum Gravity|date=7 September 2007|volume=24|issue=17|pages=R113–R169|doi=10.1088/0264-9381/24/17/R01|arxiv = astro-ph/0703495 |bibcode = 2007CQGra..24R.113A |s2cid=37683679}}</ref> 극단 질량비 내나선들은 많은 궤도에서 관측될 수 있다. 따라서 배경 [[시공간]] 기하학에 대한 훌륭한 탐지가 되어 [[일반 상대성이론]]을 정밀하게 테스트할 수 있다.<ref>{{저널 인용|last=Gair|first=Jonathan|author2=Vallisneri, Michele |author3=Larson, Shane L. |author4= Baker, John G. |title=Testing General Relativity with Low-Frequency, Space-Based Gravitational-Wave Detectors|journal=Living Reviews in Relativity|volume=16|issue=1|pages=7|doi=10.12942/lrr-2013-7|pmid=28163624|pmc=5255528|arxiv = 1212.5575 |bibcode = 2013LRR....16....7G |date=2013}}</ref>

쌍성계 외에도 다른 잠재적 파원들이 있다:
* [[초신성]]들은 중력파의 고주파 폭발을 생성하여 [[LIGO]] 또는 [[VIRGO]]로 감지 할 수 있다.<ref>{{저널 인용|last=Kotake|first=Kei|author2=Sato, Katsuhiko |author3=Takahashi, Keitaro |title=Explosion mechanism, neutrino burst and gravitational wave in core-collapse supernovae|journal=Reports on Progress in Physics|date=1 April 2006|volume=69|issue=4|pages=971–1143|doi=10.1088/0034-4885/69/4/R03|arxiv = astro-ph/0509456 |bibcode = 2006RPPh...69..971K |s2cid=119103628}}</ref>
* 회전하는 중성자별은 축 비대칭을 갖는 경우 지속적인 고주파의 발생원이다.<ref>{{저널 인용|title=Searches for periodic gravitational waves from unknown isolated sources and Scorpius X-1: Results from the second LIGO science run|journal=Physical Review D|volume=76|issue=8|pages=082001|doi=10.1103/PhysRevD.76.082001|arxiv = gr-qc/0605028 |bibcode = 2007PhRvD..76h2001A |date=2007|display-authors=1 |last1=Abbott|first1=B.|last2=Adhikari|first2=R.|last3=Agresti|first3=J.|last4=Ajith|first4=P.|last5=Allen|first5=B.|last6=Amin|first6=R.|last7=Anderson|first7=S.|last8=Anderson|first8=W.|last9=Arain|first9=M.|last10=Araya|first10=M.|last11=Armandula|first11=H.|last12=Ashley|first12=M.|last13=Aston|first13=S|last14=Aufmuth|first14=P.|last15=Aulbert|first15=C.|last16=Babak|first16=S.|last17=Ballmer|first17=S.|last18=Bantilan|first18=H.|last19=Barish|first19=B.|last20=Barker|first20=C.|last21=Barker|first21=D.|last22=Barr|first22=B.|last23=Barriga|first23=P.|last24=Barton|first24=M.|last25=Bayer|first25=K.|last26=Belczynski|first26=K.|last27=Berukoff|first27=S.|last28=Betzwieser|first28=J.|last29=Beyersdorf|first29=P.|s2cid=209843313 }}</ref><ref>{{웹 인용|title=Searching for the youngest neutron stars in the galaxy|url=http://www.ligo.org/science/Publication-S6DirectedSNR/index.php|website=LIGO Scientific Collaboration|access-date=28 November 2015}}</ref>
* [[w:Inflationary epoch|급팽창]] 또는 [[상전이]]와 같은 초기 우주 과정.<ref>{{저널 인용|last=Binétruy|first=Pierre|author2=Bohé, Alejandro |author3=Caprini, Chiara |author4= Dufaux, Jean-François |title=Cosmological backgrounds of gravitational waves and eLISA/NGO: phase transitions, cosmic strings and other sources|journal=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics|date=13 June 2012|volume=2012|issue=6|pages=027|doi=10.1088/1475-7516/2012/06/027|arxiv = 1201.0983 |bibcode = 2012JCAP...06..027B |s2cid=119184947}}</ref>
* [[w:Cosmic string|우주 끈]]이 존재한다면 중력 복사를 방출할 수도 있다.<ref>{{저널 인용|last=Damour|first=Thibault|author2=Vilenkin, Alexander|title=Gravitational radiation from cosmic (super)strings: Bursts, stochastic background, and observational windows|journal=Physical Review D|volume=71|issue=6|pages=063510|doi=10.1103/PhysRevD.71.063510|arxiv = hep-th/0410222 |bibcode = 2005PhRvD..71f3510D |date=2005|s2cid=119020643}}</ref> 이러한 중력파의 발견은 우주끈의 존재를 확인시켜 줄 것이다.

중력파는 물질과 약하게만 상호작용한다. 이것이 중력파를 감지하기 어렵게 만드는 이유이다. 또한 중력파는 우주를 자유롭게 이동할 수 있으며 전자기파처럼 [[흡수]]되거나 [[산란]]되지 않는다. 따라서 [[초신성]]들의 중심이나 [[은하 중심]]과 같이 밀도가 높은 시스템의 중심까지 볼 수 있다. 또한 [[우주의 역사|초기 우주]]는 [[재결합]] 이전에는 빛에는 불투명했지만 중력파에는 투명했기 때문에 전자기복사보다 더 먼 시간을 볼 수 있다.<ref name="Black Holes, Cosmic Collisions and the Rippling of Spacetime">{{웹 인용|url=https://blogs.scientificamerican.com/observations/black-holes-cosmic-collisions-and-the-rippling-of-spacetime/ |title=Black Holes, Cosmic Collisions and the Rippling of Spacetime |last=Mack |first=Katie |date=2017-06-12 |website=Scientific American (blogs)}}</ref>

중력파가 물질을 자유롭게 이동하는 능력은 또한 [[중력파 검출기]]가 [[망원경]]과 달리 단일 [[시야]]를 관찰하는 것이 아니라 전체 하늘을 관찰한다는 것을 의미한다. 검출기는 다른 방향보다 일부 방향에 더 민감하기 때문에 검출기 네트워크를 갖는 것이 유리한 이유 중 하나이다.<ref>{{저널 인용|last=Schutz|first=Bernard F|title=Networks of gravitational wave detectors and three figures of merit|journal=Classical and Quantum Gravity|date=21 June 2011|volume=28|issue=12|pages=125023|doi=10.1088/0264-9381/28/12/125023|arxiv = 1102.5421 |bibcode = 2011CQGra..28l5023S |s2cid=119247573}}</ref> 검출기들의 수가 적기 때문에 방향성도 또한 좋지 않다.

===우주 급팽창에서 ===
[[대폭발|대폭발(빅뱅)]] 후 처음 10<sup>~36</sup>초 동안 우주가 급속히 팽창했던 가설적 시기인 [[급팽창 이론|우주 급팽창]]은 중력파를 발생시켰을 것이며, 이는 CMB 방사선의 [[편광]]에 특징적인 흔적을 남겼을 것이다.<ref>{{저널 인용|last=Hu|first=Wayne|author2=White, Martin|title=A CMB polarization primer|journal=New Astronomy|volume=2|issue=4|pages=323–344|doi=10.1016/S1384-1076(97)00022-5|arxiv = astro-ph/9706147 |bibcode = 1997NewA....2..323H |date=1997|s2cid=11977065}}</ref><ref>{{저널 인용|last=Kamionkowski|first=Marc|author2=Stebbins, Albert|title=Statistics of cosmic microwave background polarization|journal=Physical Review D|volume=55|issue=12|pages=7368–7388|doi=10.1103/PhysRevD.55.7368|arxiv = astro-ph/9611125 |bibcode = 1997PhRvD..55.7368K |date=1997|last3=Stebbins|first3=Albert|s2cid=14018215}}</ref>

[[마이크로파]] 복사의 패턴을 측정하여 원시 중력파의 특성을 계산할 수 있으며, 이러한 계산을 사용하여 초기 우주에 대해 배울 수 있다.

== 발전 ==
[[파일:LIGO control.jpg|섬네일|230px|LIGO 핸포드 제어실]]

중력파 천문학은 신생 연구 분야로서 아직 개발 중이지만, 천체물리학계에서는 이 분야가 21세기 [[w:Multi-messenger astronomy|다중 메신저 천문학{Multi-messenger astronomy}]]의 확고한 구성 요소로 발전할 것이라는 데 동의하고 있다.<ref name=LIGO_plan/>

중력파 관측은 [[전자기 스펙트럼]]의 관측을 보완한다.<ref>{{저널 인용|last1=Price|first1=Larry|title=Looking for the Afterglow: The LIGO Perspective|journal=LIGO Magazine|date=September 2015|issue=7|page=10|url=http://www.ligo.org/magazine/LIGO-magazine-issue-7.pdf#page=10|access-date=28 November 2015}}</ref><ref name=LIGO_plan>{{웹 인용|title=PLANNING FOR A BRIGHT TOMORROW: PROSPECTS FOR GRAVITATIONAL-WAVE ASTRONOMY WITH ADVANCED LIGO AND ADVANCED VIRGO|url=http://www.ligo.org/science/Publication-ObservingScenario/index.php|publisher=[[LIGO Scientific Collaboration]]|access-date=31 December 2015}}</ref> 또한 중력파는 전자기파의 탐지 및 분석을 통해서는 불가능한 방식으로 정보를 얻을 수 있다고 약속한다. 전자파는 흡수 및 재방사되는 과정에서 파원에 대한 정보 추출을 어렵게 만든다. 그러나 중력파는 물질과 약하게만 상호작용하기 때문에 산란되거나 흡수되지 않는다. 이를 통해 천문학자들은 초신성의 중심, 항성 성운, 심지어 충돌하는 은하핵까지 새로운 방식으로 볼 수 있다.

지상 기반 탐지기는 두 [[항성질량 블랙홀]]의 쌍성계의 내나선 단계와 병합 그리고 [[중성자별]] 두 개의 병합에 관한 새로운 정보를 얻었다. 또한 [[초신성|중심부 붕괴 초신성]]들과 작은 변형을 가진 펄서 같은 주기적 발생원으로부터의 신호도 감지할 수 있었다. 초기 우주에서 (약 10<sup>-25</sup>초의 우주 시간에) 긴 우주 끈에서 발생하는 특정 종류의 [[상전이]] 또는 꼬임 폭발(kink burst)에 대한 추측이 사실이라면, 이것들도 감지 할 수 있다.<ref>See {{Harvnb|Cutler|Thorne|2002|loc=sec. 2}}.</ref> LISA와 같은 우주 기반 검출기는 두 개의 [[백색왜성]]으로 구성된 쌍성, [[w:AM Canum Venaticorum star|AM CVn 별(AM Canum Venaticorum star)]]들([[백색왜성]]이 쌍성 파트너인 저질량 헬륨별로부터 물질을 축적하는 별)과 같은 천체를 감지하고, [[초대질량 블랙홀]]의 병합과 작은 천체([[태양 질량]] 1~천 개)가 그러한 블랙홀로 유입되는 것을 관측할 수 있어야 한다. LISA는 또한 지상 기반 검출기와 동일한 종류의 초기 우주 광원을 더 낮은 주파수와 훨씬 더 높은 감도로 들을 수 있어야 한다.<ref>See {{Harvnb|Cutler|Thorne|2002|loc=sec. 3}}.</ref>

방출된 중력파를 탐지하는 것은 어려운 작업이다. 이 작업에는 매우 안정적인 고품질 레이저와 지상 기반 검출기인 GEO600에서 볼 수 있듯이 최소 2-10<sup>-22</sup>Hz</sup>-1/2</sup>의 감도로 보정된 검출기가 필요하다.<ref>See {{harvnb|Seifert F., et al.|2006|loc=sec. 5}}.</ref> 또한 초신성 폭발과 같은 큰 천문학적 사건에서도 이러한 파동은 원자 직경만큼 작은 진동으로 분해될 가능성이 있다고 제안되었다.<ref>See {{harvnb|Golm|Potsdam|2013|loc=sec. 4}}.</ref>

== 같이 보기 ==
* [[중력파 배경]]
* [[중력파 검출기]]
* [[w:List of gravitational wave observations|중력파 관측 목록(List of gravitational wave observations)]]
* [[w:Matched filter|일치하는 필터{matched filter}]]

== 각주 ==
{{각주|3}}
== 추가 읽기 ==
{{참고 자료 시작}}
* {{인용
 | last1=Cutler
 | first1=Curt
 | last2=Thorne
 | first2=Kip S.
 | contribution=An overview of gravitational-wave sources
 | date=2002
 | title=Proceedings of 16th International Conference on General Relativity and Gravitation (GR16)
 | editor1-last=Bishop
 | editor1-first=Nigel
 | editor2-last=Maharaj
 | editor2-first=Sunil D.
 | publisher=World Scientific
 | isbn=978-981-238-171-2
 | arxiv=gr-qc/0204090
  |bibcode = 2002gr.qc.....4090C
 | page=4090 }}
*{{인용
 | author-link=Kip Thorne
 | last=Thorne
 | first=Kip S.
 | date=1995
 | title=Gravitational radiation
 | arxiv= gr-qc/9506086
  |bibcode = 1995pnac.conf..160T
 | page=160
 | journal=Particle and Nuclear Astrophysics and Cosmology in the Next Millennium}}
*{{인용
 |ref={{harvid|Golm|Potsdam|2013}}
 |title=Gravitational Wave Astronomy
 |url=http://www.einstein-online.info/elementary/gravWav
 |publisher=Max Planck Institute for Gravitational Physics
 |access-date=24 January 2013
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 |archive-date=6 February 2013
 |url-status=dead
 }}
*{{인용|last=Schutz|first=B. F.|title=Gravitational wave astronomy|journal=Classical and Quantum Gravity|volume=16|issue=12A|year=1999|pages=A131–A156|doi=10.1088/0264-9381/16/12A/307|arxiv=gr-qc/9911034|bibcode = 1999CQGra..16A.131S |s2cid=19021009}}
*{{인용|title=LIGO Magazine
 |url=http://www.ligo.org/magazine/
 |publisher=LIGO Scientific Collaboration
 }}
* {{인용|ref={{harvid|Seifert F., et al.|2006}} |author1=Seifert F. |author2=Kwee P. |author3=Heurs M. |author4=Willke B. |author5=Danzmann K. |title=GEO600 Sensetivity |url=http://www.geo600.org/research-highlights/geo600-has-reached-a-sensitivity-of-2b710-22-221ahz-1 |date=2006 |archive-url=https://web.archive.org/web/20091223034000/http://www.geo600.org/research-highlights/geo600-has-reached-a-sensitivity-of-2b710-22-221ahz-1 |archive-date=23 December 2009}}
{{참고 자료 끝}}

== 외부 링크 ==
* [https://web.archive.org/web/20010813031657/http://www.ligo.org/ LIGO Scientific Collaboration]
* [https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/astrogravs/ AstroGravS: Astrophysical Gravitational-Wave Sources Archive]
* [https://www.nytimes.com/2016/02/12/science/ligo-gravitational-waves-black-holes-einstein.html Video (04:36) – Detecting a gravitational wave], [[Dennis Overbye]], [[NYT]] (11 February 2016).
* [https://www.youtube.com/watch?v=vy5vDtviIz0 Video (71:29) – Press Conference announcing discovery: "LIGO detects gravitational waves"], [[National Science Foundation]] (11 February 2016).
* [https://gravitationalwaveastronomy.org/ Gravitational Wave Astronomy]

{{중력파}}
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