대전 둔산여고 '사이언스 슬램D' 개최···천문연 김경민 박사 중력파 강연으로 우승
지난 17일 대전둔산여자고등학교에서 '보이지 않는 신호들의 세계'를 주제로 제73회 '사이언스 슬램D'가 열려 한국천문연구원 김경민 박사, 기초과학연구원(IBS) 유정완 박사, 한국기계연구원 전승규 박사, 한국표준과학연구원 차진웅 박사가 연사로 나섰다. 김경민 박사는 빛을 거의 내지 않는 블랙홀을 직접 관측하기 어렵다는 점을 짚으며, 100년 전 아인슈타인의 예측 이후 2015년 미국 라이고(LIGO)에서 인류 최초로 직접 검출(GW150914)에 성공해 중력파로 블랙홀의 질량·거리·자전 속도까지 파악하는 '중력파 천문학' 시대가 열렸다고 소개했다. 이 밖에 AI 기반 바이오 자율실험실, 복잡계 상호작용, 극저온 큐비트 신호를 빛 신호로 바꾸는 양자 신호 변환기 연구가 발표됐다. 80여 명의 학생들은 질의응답에서 질문지를 종이비행기로 접어 무대로 날리며 참여했고, 우승은 김경민 박사가 차지해 오는 12월 왕중왕전에 진출한다.
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자체 상호작용하는 초방사 보손 구름이 만드는 확률적 중력파 배경 연구
블랙홀 주변에 초방사(superradiance)로 형성된 초경량 스칼라장 구름이 내는 확률적 중력파 배경(SGWB)을 스칼라장의 자체 상호작용까지 포함해 계산한 arXiv 논문이다. 자체 상호작용은 SGWB를 억제하며, 그 결과 설계 감도의 LIGO 검출기는 붕괴 상수 f_s ≲ 3×10^17 GeV인 스칼라장이 만드는 SGWB에 스칼라 질량과 무관하게 둔감해져 기존 LIGO-비르고-카그라 제약이 완화된다고 저자들은 설명한다. 다만 적당한 수준의 자체 상호작용이라면 차세대 지상 검출기로는 검출이 가능하며, f_s = 10^17 GeV일 때 아인슈타인 텔레스코프(ET)는 약 10^-13.0~10^-11.8 eV, 코스믹 익스플로러(CE)는 약 10^-13.2~10^-11.7 eV 범위의 스칼라 질량에 감도를 가진다. 검출 가능한 SGWB를 만드는 최소 붕괴 상수는 ET가 약 6×10^16 GeV, CE가 약 3×10^16 GeV로 제시됐다.
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중력파 파형 대리모델을 JAX로 가속…GPU에서 약 100배 속도 향상
연구진은 머신러닝 기반 중력파 파형 대리모델 mlgw와 mlgw-bns를 JAX 생태계에서 미분 가능하고 하드웨어 가속이 가능한 형태로 구현했다. SEOBNRv5HM 근사 모델로 새로 학습한 대리모델을 쌍성 블랙홀 사례에 적용한 벤치마크에서 CPU 기준으로 기존 mlgw 구현 대비 한 자릿수 이상(10배 이상)의 파형 계산 속도 향상을 보였고, GPU 가속과 대규모 배치 벡터화를 활용하면 약 두 자릿수(100배) 수준에 도달했다. 또한 오픈소스 패키지 GWgpu-jax와 BlackJax-NS 기반 네스티드 샘플링 파이프라인으로 GW150914와 GW170817 이벤트의 모수 추정을 각각 약 12분, 17분 만에 단일 GPU에서 수행했으며, 결과는 LIGO-Virgo-KAGRA 협력단이 보고한 사후분포와 일치했다.
arXiv astro-ph.IM (관측기기)
제임스웹, 중력렌즈로 일그러진 은하들 포착… 우주 나이 8억 년 은하까지
제임스웹 우주망원경(JWST)이 은하단 MACS J0454.1-0300을 촬영한 이달의 사진을 공개했다. 이 은하단은 우주 나이가 약 80억 년이었을 때의 모습으로 관측되며, 강력한 중력으로 배경 은하의 빛을 휘게 하는 중력렌즈 현상을 일으켜 먼 은하들이 늘어지고 여러 개로 겹쳐 보인다. 렌즈 영역에서는 빅뱅 후 20억 년 시점의 은하 무리와 빅뱅 후 8억 년 시점의 은하 하나가 확인됐으며, 은하 무리는 병합을 겪으며 폭발적인 별 형성을 보이고 있다. 천문학자들은 지름 5광년 정도로 작은 밝은 '매듭' 영역들도 식별했는데, 일부는 300배 이상 확대된 것으로 나타났다. 2014년 공개된 허블 우주망원경의 같은 은하단 이미지와 비교하면 웹은 더 붉은 빛에 훨씬 민감해 수백 개의 은하가 새로 드러났다.
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중력파 과도현상 카탈로그 5.0(GWTC-5.0) 기반 연구진이 쌍성 블랙홀(BBH) 사건들을 대상으로 LVK(라이고-비르고-카그라) 표준 스핀 사전분포와 천체물리학적으로 동기화된 두 가지 사전분포(주블랙홀 무회전 χ1=0, 부블랙홀 무회전 χ2=0)를 적용해 베이즈 모수추정을 수행했다. 그 결과 GW190517_055101, GW190412, GW241113_163507, GW231028_153006 등 유효 나선운동 스핀이 큰 사건에서는 주블랙홀이 회전하지 않는다는 가정이 데이터와 맞지 않는 것으로 나타났다. 연구진은 표준 공통외피 진화가 중력파 관측으로 검증 가능한 유력한 형성 경로라고 제시하고, 다른 진화 경로로 형성된 계의 병합률을 추정하는 새로운 방법을 제안했으며, 질량비 역전을 수반하는 쌍성 진화가 이들 사건의 형성 경로일 가능성도 언급했다.
arXiv astro-ph.HE (고에너지)