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#밀리초 펄서

15건의 기사

천문·천체물리

중성자별의 후퇴형 다극 자기장 모형, NICER 밀리초 펄서 J0030+0451에 적용

NICER 관측은 밀리초 펄서(MSP) 표면의 X선 고온점을 설명하려면 쌍극자가 아닌 자기장이 필요함을 시사하는데, 연구진은 기존의 정적 진공 오프셋 쌍극자+사중극자 모형 대신 회전 효과를 반영한 후퇴형(swept-back) 진공 다극 자기장(SVM2F)을 도입해 MSP J0030+0451을 분석했다. 벡터 구면조화함수로 전개한 이 모형은 힘없는(force-free) 해에 더 가까우며, 팔중극자 항까지 포함한 광도곡선으로 신경망 대리모형을 학습시켜 MCMC 표본추출 속도를 물리 모형 직접 계산 대비 약 10³배 높였다. 그 결과 중심에 위치한 후퇴형 다극 자기장이 팔중극자 항까지 포함하면 J0030의 볼로메트릭 열적 X선 광도곡선을 충분히 재현하는 것으로 나타났다. 연구진은 이 방법을 다른 밀리초 펄서로 확장해 중성자별의 질량·반지름, 나아가 상태방정식을 제약할 수 있다고 밝혔다.

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하이브리드 별의 r-모드 불안정성, 베이지안 추론으로 점성 소산 시간 규모 추정

연구진은 강입자 물질과 쿼크 물질이 섞인 혼합상을 가진 두 층 구조의 하이브리드 별을 모델링하고, 저질량 X선 쌍성(LMXB) 타이밍 관측과 NICER 미션의 질량-반지름 제약을 결합한 베이지안 추론으로 r-모드 감쇠에 관여하는 전단 점성과 부피 점성의 소산 시간 규모를 추정했다. 그 결과 전단 점성 시간 규모는 $\tau_s=(4.99^{+0.49}_{-0.52})\times10^8 T^{5/3}$초, 부피 점성 시간 규모는 $\tau_B=(2.150^{+1.23}_{-0.60})\times10^{19}$초 규모로 얻어졌다. 이 값을 적용하면 별의 최소 회전 진동수는 질량 1.5 태양질량일 때 온도 0.259MeV에서 451.87Hz, 1.75 태양질량일 때 0.234MeV에서 517.47Hz로 나타났다. 저자들은 이렇게 도출한 불안정성 창이 XTE J0929-314, XTE J1807-294, J0437-4715, J2124-3358 등 전파 및 LMXB 밀리초 펄서에서 관측된 안정성을 설명한다고 밝혔다.

arXiv astro-ph.HE (고에너지)

This image shows the Parkes telescope in Australia, part of the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization. Researchers used the telescope to detect the first population of radio bur
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밀리초 펄서 PSR J0437-4715에서 연속된 두 차례 프로파일 변화 현상 발견

호주 CSIRO 파크스 전파망원경(Murriyang)의 초광대역 저주파 수신기로 약 7년간 관측한 자료를 분석해, 가장 가깝고 밝은 밀리초 펄서 PSR J0437-4715에서 동일한 위상 국소적 형태 변화를 보이는 두 차례의 연속적인 프로파일 변화 현상이 발견됐다. 밀리초 펄서에서 이런 거동이 보고된 것은 처음으로, 두 현상 모두 펄스 프로파일의 세 개 위상 영역에 영향을 미쳤으며 이들 영역은 서로 연동되면서 반상관된 시간적 변화를 보였다. 연구진은 수신기의 편광 특성이 장기적으로 표류하면서 생긴 편광 보정 오차에 따른 계통적 프로파일 변동도 확인해 보정했다. 프로파일 변화는 총강도에서 주파수 의존적 변화를 보였고 선편광·편광각·선편광률에서도 변화가 나타나, 이 현상이 성간물질에 의한 전파 효과가 아니라 자기권에서 기원했음을 뒷받침한다.

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The largest NASA Hubble Space Telescope image ever assembled, this sweeping bird’s-eye view of a portion of the Andromeda galaxy (M31) is the sharpest large composite image ever taken of our galactic
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GRAINE 2023 원자핵건판 감마선 망원경, 은하중심 초과(GCE)를 서브-GeV 대역에서 첫 탐색

GRAINE 실험은 100MeV에서 1도, 1GeV에서 0.1도의 높은 각분해능을 가진 원자핵건판 감마선 망원경으로 은하중심 초과(GCE)의 기원을 밝히는 것을 목표로 하며, 2023년 비행 데이터를 이용해 은하중심 1도 이내 영역을 75~300MeV 대역에서 탐색했다. 유의미한 초과는 관측되지 않았으나, 은하중심을 중심으로 한 반경 1도 영역에 대해 2시그마 신뢰수준에서 GCE 플럭스 상한 1.70×10^-7 GeV cm^-2 s^-1을 얻었다. 이 상한은 넓은 ROI와 NFW 프로파일을 가정한 기존 페르미-LAT(Fermi-LAT) 관측에서 추정된 은하중심 부근 GCE 플럭스와 일치하며, 일부 모형을 제한하지만 통계량이 부족해 암흑물질 쌍소멸 시나리오와 밀리초 펄서 시나리오를 구분하지는 못한다. 연구진은 이번 관측을 바탕으로 향후 GRAINE 실험의 예상 감도를 추정하고 예측된 GCE 스펙트럼과 비교해 기원 규명 가능성을 제시했다.

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스파이더 펄서 후보 2개 광학 추적 관측: 하나는 조사(照射) 받는 레드백, 다른 하나는 이중 적색거성 가능성

연구진은 스파이더 펄서 후보 2FGL J0846.0+2820(공전주기 8.1일)과 4FGL J0935.3+0901(공전주기 2.4시간)을 광학으로 추적 관측하고 적외선·X선·감마선 특성을 함께 분석했다. J0846은 광학 궤도 광도곡선이 2023년 이중 피크에서 2024년 단일 피크로 바뀌었고, 분광에너지분포에서 광학(T≈6000K, R≈1.8 태양반지름)과 적외선(T≈3400K, R≈5.2 태양반지름)을 지배하는 두 흑체 성분이 나타나, 연구진은 진짜 펄서 후보가 아니라 분리형 이중 적색거성일 가능성을 제시했다. 반면 J0935는 동반성의 상합 부근에서 광도가 최대가 되고 색과 추정 온도가 높아져 펄서로부터의 강한 조사 효과를 시사했으며, 동반성 기저 온도를 4000~4600K로 제한해 '펄서 상태의 레드백 스파이더'라는 분류를 뒷받침했다. 현재 은하계 내에서는 100개가 넘는 스파이더 시스템이 알려져 있으며 이 중 30개 이상은 펄스가 검출되지 않은 후보다.

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A stunning cosmic cloud formation in deep space, showcasing vibrant colors and interstellar beauty.
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MeerKAT S-밴드 첫 구상성단 펄서 탐사, 새 밀리초 펄서 4개 발견

연구진은 MeerKAT 전파망원경의 S-밴드(약 2.4GHz)를 이용해 구상성단 14개를 대상으로 첫 펄서 탐사를 수행했다. 기존에 알려진 펄서 39개를 재검출했고, Glimpse-C01 성단에서 새로운 밀리초 펄서 4개(J1848-0129C, D, E, F)를 발견했다. J1848-0129C는 약 5일 주기 궤도의 엄폐(eclipsing) 밀리초 펄서로 '헌츠맨 쌍성'으로 분류되는 장주기 계열에 속하며, J1848-0129D는 약 3.4일의 거의 원형 궤도에서 태양질량 약 1배의 무거운 백색왜성 동반성을 가진다. 성단 내부 분산척도(DM) 퍼짐은 전경 DM이 클수록 커지는 경향이 나타나, 높은 DM 성단에서 좁은 DM 탐색 범위는 최적이 아닐 수 있다고 연구진은 지적했다. 검출·미검출 결과로부터 단일 관측 기준 MeerKAT S-밴드 타이드어레이 검출 한계는 약 10~20마이크로Jy 수준으로 추정됐다.

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NASA image release July 3, 2012 Caption: Resembling a Fourth of July skyrocket, Herbig-Haro 110 is a geyser of hot gas from a newborn star that splashes up against and ricochets off the dense core of
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미어캣 펄서 타이밍 어레이, 밀리초 펄서 18개에서 장기 펄스 프로파일 변동 포착

연구진은 6년간 축적된 미어캣 펄서 타이밍 어레이(MeerKAT Pulsar Timing Array) 관측 자료로 밀리초 펄서 84개를 2차원 가우시안 프로세스 기법으로 분석해, 이 가운데 18개에서 장기적인 펄스 프로파일 변동을 검출했다. 이 중 6개는 성간 산란으로 설명되는 주파수 의존적(chromatic) 변동이었고, 나머지 12개는 주파수에 거의 무관한 변동을 보여 펄서 자체의 방출 과정이 변하고 있음을 시사한다. 신호대잡음비에 따른 검출 편향을 보정하면 밀리초 펄서의 최소 40%가 95% 신뢰수준에서 내재적 프로파일 변동을 보이는 것으로 추정된다. 연구진은 일반 펄서에서 알려진 자전감속률(ν̇) 전환과의 연관성을 확인하려 했으나 통계적으로 유의미한 검출은 없었으며, 시뮬레이션 결과 예상되는 변동폭이 현재 데이터의 감도 아래에 머무는 것으로 나타났다. 펄스 프로파일 변동은 도달시각 측정을 왜곡해 나노헤르츠 중력파 탐색 감도에 영향을 줄 수 있는 만큼, 향후 고정밀 펄서 타이밍 실험에서 명시적으로 모델링돼야 한다는 결론이다.

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This image is an all-sky infrared map consisting of data taken by previous missions: the Infrared Astronomical Satellite; NASA Cosmic Background Explorer; and the Two-Micron All-Sky Survey.
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연속 중력파의 다중신호 탐지 가능성 연구: 근미래 및 차세대 검출기 전망

연속 중력파(continuous gravitational waves)의 탐지 가능성을 기존 이론적·관측적 논거를 알려진 천체와 미래 중력파 검출기에 체계적으로 적용해 평가한 연구다. 강착 중성자별의 스핀이 중력파 방출로 조절된다는 주장이나 밀리초 펄서가 강착 물질에 묻힌 젊은 펄서의 자기장을 지닌다는 주장 중 하나라도 성립한다면, 현 검출기의 근미래 업그레이드로 연속 중력파 첫 검출이 가능하고 코스믹 익스플로러(Cosmic Explorer)·아인슈타인 망원경(Einstein Telescope) 같은 차세대 검출기로는 다수의 검출이 예상된다고 밝혔다. 향후 수년간 검출이 없다면 현재의 밀리초 펄서 형성 이론에 심각한 의문이 제기될 것이라고 연구진은 지적했다.

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Captivating image of the Veil Nebula showcasing cosmic beauty and star formations.
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밀리초 펄서와 짝을 이룬 가장 젊은 백색왜성 발견 — 구상성단 NGC 362의 NGC 362D

허블우주망원경(HST)의 심층·다파장·다시기 관측을 통해 구상성단 NGC 362에서 최근 발견된 밀리초 펄서(MSP) NGC 362D의 광학 짝별이 확인됐다. 연구진은 이 천체가 아직 냉각 이전 단계에 있는 약 0.18 태양질량의 헬륨 백색왜성이며, 쌍성 진화 모형과의 비교 결과 약 0.6 Gyr 전에야 질량 이동 단계를 마친 것으로 나타나 지금까지 확인된 밀리초 펄서의 백색왜성 짝별 가운데 가장 젊다고 밝혔다. 또한 이 천체는 이 부류에서 처음으로 파장에 따라 달라지는 뚜렷한 측광 변화를 보였는데, 이는 잔여 성주물질(circumstellar material)의 존재와 부합한다. 연구진은 이러한 잔여 물질이 비축퇴 짝별을 가진 계와 유사한 전파·광학적 신호를 만들어낼 수 있어 젊은 밀리초 펄서가 잘못 분류될 가능성이 있다고 지적했다.

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암흑물질이 유발하는 밀집성의 블랙홀 전환, 그 시간 척도를 해석적으로 계산

밀집성에 포획된 초중량 비대칭 암흑물질이 열화·자체 중력 붕괴를 거쳐 내부기생 블랙홀(EBH)을 형성하고, 이 EBH가 성장해 모항성을 블랙홀로 전환시키는 시간 척도를 해석적으로 유도한 연구다. 연구진은 EBH 성장 방정식을 풀면서 항성 물질의 본디 강착, 호킹 증발, 정상상태 포획에 따른 지속적 암흑물질 공급을 함께 고려했고, 유체역학적 기술이 무너지는 영역에서는 바리온 강착의 양자 효과를 반영해 입자·유체 영역을 아우르는 통합적 처리를 제시했다. 오래된 밀리초 펄서는 약 10억 년(1 Gyr), 백색왜성은 약 100억 년(10 Gyr) 이상 전환 시간이 걸려야 한다는 조건으로부터 암흑물질 질량 10^6~10^14 GeV 구간에서 암흑물질-핵자 산란 단면적에 대한 수정된 제한을 도출했다. 또한 초기 질량이 약 4×10^4 kg에 불과한 EBH도 지속 성장할 수 있음을 보여, 밀집성으로 탐색 가능한 암흑물질 매개변수 공간을 넓혔다.

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Beautiful view of Jupiter surrounded by stars in deep outer space.
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쌍성 밀리초 펄서 PSR J2144-5237에서 기가헤르츠 피크 스펙트럼의 궤도 진화 증거 포착

연구진은 파크스(Parkes) 초광대역 저주파 수신기로 약 10일 주기의 궤도를 조밀하게 관측한 약 50시간의 자료를 이용해 704MHz~4GHz 구간에서 쌍성 밀리초 펄서 PSR J2144-5237의 기가헤르츠 피크 스펙트럼(GPS) 전환 주파수를 측정했다. 그 결과 1번째와 2번째 펄스 성분 모두에서 전환 주파수가 궤도 위상에 따라 체계적으로 변조되는 현상이 확인됐으며, 서로 다른 방출 영역에서 나온 두 성분이 유사한 변화 경향을 보인 점은 이 변동이 쌍성 내부 환경을 통과하는 전파 과정에 의해 결정됨을 시사한다. 연구진은 이러한 큰 궤도 변조가 동반성과 연관된 자화 플라스마에서의 사이클로트론 공명 흡수로 설명되며 다른 흡수 메커니즘으로는 재현되지 않는다고 밝혔다. 이 모형을 적용하면 펄서 항성풍의 전자 밀도 분포와 동반성의 자기장 세기, 흡수 플라스마 및 쌍성계의 기하 구조에 제약을 걸 수 있다.

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NASA's Fermi Closes on Source of Cosmic Rays New images from NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope show where supernova remnants emit radiation a billion times more energetic than visible light. The
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고속 광도계 SiFAP2로 '스파이더' 밀리초 펄서의 광학 펄스 탐색 — 검출 없음

연구진은 갈릴레오 국립망원경(TNG)에 장착된 SiFAP2 광도계로 궤도주기 1일 미만의 근접 쌍성계 회전동력 밀리초 펄서(레드백·블랙위도우) 표본에서 광학 주기 신호를 탐색했다. 나사이(Nançay)·GMRT·파크스 천문대·페르미-LAT(Fermi-LAT) 관측을 활용해 다섯 개 시스템의 전파·감마선 성간거리 요소(에페메리스)를 갱신하거나 확인했으나, 3σ 신뢰수준을 넘는 광학 펄스는 어느 탐색에서도 검출되지 않았다. 이로써 광학 펄스 등급과 변환 효율에 엄격한 상한값이 설정됐으며, 이 상한은 레드백 PSR J2339-0533의 펄스 광학 광도와 부합한다. 레드백·블랙위도우 계는 강착·전이형 밀리초 펄서에 비해 자전 감속 에너지를 펄스 광학 방출로 바꾸는 효율이 훨씬 낮아, 중성자별 주위 강착 원반이 밝은 광학 펄스를 만드는 입자 가속에 관여한다는 최근 가설을 뒷받침한다.

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When astronomers first looked at images of a supernova remnant called Cassiopeia A, captured by NASA NuSTAR. The mystery of Cassiopeia A Cas A, a massive star that exploded in a supernova more than 11
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찬드라·NuSTAR로 밀리초 펄서 2기 첫 X선 검출, 젊은 중성자별 특성도 갱신

연구진은 찬드라(Chandra)와 NuSTAR의 신규·아카이브 데이터를 이용해 오래된 밀리초 펄서 2기, 젊고 강력한 펄서 1기, 젊은 중성자별 1기를 분석했다. 탄소-산소 백색왜성 동반성을 가진 4.55ms 전파 펄서 PSR J1810-0623을 새 찬드라 HRC-I 관측으로 X선에서 처음 잠정 검출했으며, 어두운 밝기는 분산 척도로 추정된 거리 중 먼 쪽(약 1kpc)에 더 부합한다. 3.54ms 펄서 PSR J1933-6211도 아카이브 HRC-S 영상에서 처음 검출됐고 X선 광도는 태양질량 1.9배 펄서 PSR J1614-2230과 비슷했다. 스핀다운 광도가 가장 높은 축에 드는 1~2kyr 펄서 PSR J1813-1749는 2025년 NuSTAR와 2026년 찬드라 ACIS-S 자료로 자전주기 44.7ms를 측정하고 3~79keV 펄스 프로파일을 처음 제시했으며, 펄서와 펄서풍 성운의 스펙트럼은 2018년과 2025년 관측 사이에 유의미한 변화가 없었다. 초신성 잔해 G18.95-1.1 내 5~10kyr 중성자별 CXOU J182913.1-125113은 2009년과 2024년 ACIS-I 관측을 결합해 스펙트럼을 더 정밀하게 측정했다.

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Captivating image of the Dumbbell Nebula (M27) among a myriad of stars in deep space.
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GMRT 남천 서베이, 1일 주기 헬륨 백색왜성 동반 밀리초 펄서 J2101-4802의 궤도 변동성 관측

GMRT(Giant Metrewave Radio Telescope)로 발견된 밀리초 펄서 PSR J2101-4802는 자전 주기 9.48ms, 분산 척도 25.05 pc cm^-3를 가지며, 3.7년간의 타이밍 관측 결과 중앙값 질량 약 0.15 태양질량의 헬륨 백색왜성으로 추정되는 동반성과 약 1일 주기의 쌍성 궤도를 이루는 것으로 확인됐다. 연구진은 이 계의 궤도 주기 변화율(약 10^-11 s/s)이 은하계 내 일반적인 밀리초 펄서-헬륨 백색왜성 쌍성보다 이례적으로 크며, 슈클로프스키 효과나 은하 가속 같은 운동학적 요인이나 일반상대론적 감쇠로는 설명되지 않는다고 밝혔다. 광대역 전편광 관측으로 궤도 위상에 따른 선편광·원편광 변화를 추적하고 회전 벡터 모델(RVM)을 적용해 자기 경사각과 충돌 각도 등 방출 기하 구조에 대한 제약을 얻었다. 연구진은 약 1일 궤도, 0.15 태양질량 동반성, 크지 않은 스핀다운 파워, 이례적으로 큰 궤도 주기 변화율, 위상 고정된 자화 쌍성간 플라스마 신호를 종합할 때 이 천체가 레드백 유형의 '스파이더' 펄서와 분리형 헬륨 백색왜성 밀리초 펄서 쌍성을 잇는 전이 단계의 계일 가능성을 제시했다.

arXiv astro-ph.HE (고에너지)

Vibrant cosmic nebula in space with stars, a stunning celestial wallpaper.
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구상성단 속 고립 밀리초 펄서의 기원은 '연성 이온화'

밀리초 펄서(MSP)는 밀집 쌍성계에서 재가속(recycling)을 통해 만들어진다는 것이 정설이지만, 구상성단에서는 상당수가 동반성 없는 고립 천체로 관측돼 그 기원이 미해결 과제로 남아 있었다. 연구진은 국부 항성 밀도 n, 속도 분산 σ, 쌍성 간격 a, 헤기-힐스 이온화 반경 a_H를 반영한 쌍성당 조우율 Λ ∝ na/(σa_H)를 제안하고, 여기에 MSP에 의한 동반성 삭마(ablation)를 결합해 관측된 고립 MSP 비율을 예측했다. 그 결과 고립 MSP 비율이 a_H에 무관하다는 귀무가설보다 이온화 기반 모형이 220배 더 그럴듯한 것으로 나타났으며, 오메가 센타우리(ω Centauri)에서 고립 MSP가 유난히 많이 관측되는 현상도 이 틀로 자연스럽게 설명된다고 밝혔다.

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