중력파 설명도 

10월 16일 중국 인민일보 고객단(人民日报客户端)보도에 따르면 베이징 시간으로 2017년 10월 16일 22시 미국 국립과학재단국가 과학기금회(National Science Foundation，United States)는 뉴스 브리핑을 통해 레이저 간섭중력파 천문대(LIGO,라이고)와 처녀자리 중력파 천문대(Virgo,워고)가 2017년 8월 17일 처음으로 쌍 중성자성 합병 중력파 사건 발견과 국제 중력파 전자기 대응체 관측 연맹(International Union of gravitational electromagnetic observations)의 이 중력파 사건 전자기 대응체 발견 등을 선포했다.

기자가 중국과학원 고에너지물리소에서 입수한 소식에 따르면 중국 첫번째 X레이 천문위성, 후이옌(慧眼) HXMT망원경이 이번 중력파 사건발생에 대해 성공적인 관측을 진행함으로서 중력파 사건과 중력파 섬광(Gravitational wave scintillation)의 물리적 메커니즘에 대한 전면적 이해에 대해 중요한 기여를 했다. 이에 따라 합작형식으로 이번 역사적 발견의 논문에 대해 합작형식으로 가입했을뿐만 아니라 논문의 본문부분에서 관측결과를 보고했다. 이 논문은 10월 16일에 정식 발표된다.  　

중국 첫번째 우주 공간X레이 천문위성, 후이옌HXMT망원경은 2017년 6월 15일 쥬췐위성 발사센터(酒泉卫星发射中心)에서 창정(长征)4호 을(乙) 탑재 로켓으로 발사했다. 　

슝사오린(熊少林)중과원 고에너지 물리연구소 연구원은 “’후이옌’ 망원경이 중력파 사건 발생시 중력파 원천이 소재한 공간구를 성공적으로 관측했으며 감마선 전자파 대응체(약칭으로 중력파 섬광)가 고에너지구역(MeV, 백만전자볼트)에서의 복사성질에 대해 엄격한 제한을 하고 관련 관측결과를 이번 역사적발견의 연구 논문에 발표했다.”고 말했다. 　

중력파는 1916년 아인슈타인(1879.3.14～1955.6.12, Albert Einstein)이 일반 상대론을 창설한후의 예언이다. 극단적 천체 물리과정에서 중력장의 급격한 변화가 시공간 교란을 발생하고 밖으로 파급되는데 사람들은 이를 형상적으로 ‘시공 파문(Ripples in Spacetime)’이라고 부른다. 2015년 9월 14일 라이고가 처음 쌍 블랙홀합병후 중력파사건을 발견한 이래 이미 4례의 중력파 사건을 탐측했다. 그 중에는 이번에 선포한 라이고와 워고가 연합으로 관측한 쌍중성자성 합병 중력파 사건이 포함됐다. 

중력파의 직접 탐측은 얼마전 2017년 노벨 물리상을 수상했다. 중력파 전자파 대응체 탐측은 중력파 사건, 우주학 및 기초 물리학에 대해 대체불가의 결정적 작용을 가지고 있다. 그러므로 사람들은 중력파연구의 다음 이정표는 중력파사건이 발생하는 전자파 복사 발견이라고 인정한다. 　　

차이이푸(蔡一夫)중국과학기술대 물리학원 교수는 “간단하게 말하면 중력파전자파 대응체는 같은 천체 현상이 중력파를 동반하면서 동시에 발생되는 전자파 신호이다.”고 말했다. 　

슝사오린은 “이번에 발견된 중력파사건은 이전에 발견한 쌍 블랙홀 합병과 다르다. 이는 두개 중성자성 합병으로 일어난다. 이론은 쌍 중성자성 합병이 중력파를 발생할뿐만 아니라 전자파 즉 중력파 전자파 대응체도 발생할 것을 예언한다. 그러므로 이번에 탐측한 중력파 및 전자파대응체는 천문학자들이 오랫동안 기대한 중대한 발견으로서 천문학 및 물리학발전사에 대해 획기적인 의의를 가지며 다 메신저 중력파 천문학시대를 열었다.”고 말했다. 　　

이번 중력파 사건이 중요한 의의를 가지고 있으므로 천문학자들은 대량의 지면과 공간 망원경을 통해 관측을 진행하며면서 천문학사상 지극히 보기 드문 글로벌 규모의 연합 관측을 형성했다. 그러나 중력파사건 발생시 근근히 4대의 X선과 감마선 망원경이 폭발 천문구를 감측하였는데 중국의‘후이옌’망원경이 바로 그중 하나였다.　

“이러한 망원경중 ‘후이옌’이0.2-5MeV에너지구역에서의 탐측 접수 면적이 최대이며 시간 해상도가 최고이므로 중력파섬광의 백만 전자 볼트(MeV) 에너지구 감마선에 대한 탐측능력도 최강이였다.”

슝사오린은 “비록 이전에 사람들이 이번 사건이 이처럼 근거리(약 1.3억 광년)의 쌍중성자성 합병이 발생하는 중력파섬광이 매우 밝을 것으로 예기했지만 이번 중력파사건이 발생한 중력파섬광이 상상외로 어두웠다. 특히MeV에너지구의 복사가 매우 희미하여 후이옌을 포함한 망원경들이 이 에너지구에서 중력파섬광을 탐측하지 못했다. 후이옌망원경은 강력한 탐측력을 통해 이 중력파섬광을MeV에너지구 복사성질에 대해 엄격한 상한선을 제공했다.”고 말했다. 　

보도에 따르면 역사적인 핵심발견 논문에 참여 외 후이옌 망원경의 상세한 분석 결과는 독립적 논문형식으로 이미 10월 16일에 동시적으로 ‘중국과학:물리학 역학천문학’잡지 영어판 홈페이지판에 발표됐다. 

주목할 만한 점은 ‘후이옌’망원경의 원래 설계 목표는 블랙홀과 중성자성 등 은하계내X선 천체를 탐측하며 극단적 중력장 조건에서의 물리법칙을 연구하는 것이었다.

프로젝트팀은 후이옌 망원경의 보조탐측기의 창조적 사용을 통해 여분의 감마선 및 중력파 전자파 대응체 탐측 능력을 취득하여 그로 하여금 국제적으로 바로 운행중인 가장 중요한 감마선 폭발 감측 시설의 하나로 되게 하여 망원경의 과학생산품을 대대적으로 확장하게 됐다.  　

‘후이옌’위성은 중국의 국가 국방과기 공업국(国家国防科技工业局)과 중국과학원이 연합으로 자금을 지원하여 건조한 것으로서 2017년 6월 15일 쥬췐 위성 발사 세터에서 발사됐으며 5개월 기한의 시험 운행을 시작했다.

입자천체 물리 중점 실험실으로서의 중과원 고에너지 물리연구소(中科院高能物理研究所)가 망원경 관측 운행 및 데이터 처리를 책임지고 있다. 이번 중력파 사건 관측에 참여할때 후이옌 망원경이 방금 두달 운행하고 있었다. 시험 운행이 결속된후 후이옌 망원경은 정식과학 관측을 시작하며 동시에 중력파섬광 감측도 계속하게 된다.  　　

그외 라이고 합작팀이 2016년에 중력파 탐측을 선포한후 중력파 사건의 전자파 대응체 발견이 바로 가장 중요한 천체 물리 문제의 하나로 됐다. 후이옌 망원경의 기술 기초에서 중국 과학원 고에너지 물리연구소는 중력파의 고에너지 전자기파 대응체를 전문 탐측하는GECAM프로젝트를 제출하고 이를 ‘산덴(闪电)’ 즉 번개라고 명명했다. 　　

‘산뎬’은 맞춤형 최적화 설계를 채용하여 동시에 하루 종일 수시로 폭발하는 중력파 섬광을 감시할 수 있으며 더욱 낮은 탐측여치, 더욱 높은 감시 정밀도 및 더욱 양호한 위치 규정능력을 구비하여 중력파 섬광에 대한 종합탐지 성능이 현유의 망원경을 초과하게 된다.

슝사오린은 “현재 중국과학원이 선진 과학 중점 연구계획의 지지하에 ‘산뎬’프로젝트의 관건기술 해결 및 방안 설계의 대부분 작업이 이미 완성됐다. 만일 지금 입안하면 2020년전에 발사하게 되며 최우수 정밀도를 가진 라이고와 워고 등 중력파 탐측기들과 연합 관측을 진행할 수 있으며 ‘후이옌’망원경과 연합으로 광활한 벙위에서 중력파 섬광성질을 파악하고 최대의 과학성과를 생산하게 되어 중국이 중력파 전자파 대응체 탐측 연구차원에서 국제 선두적 수준에 도달할 수 있다.”고 말했다.

北京时间2017年10月16日22点，美国国家科学基金会召开新闻发布会，宣布激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo）于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件，国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。记者从中国科学院高能物理所获悉，我国第一颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远镜（以下简称“慧眼”望远镜）对此次引力波事件发生进行了成功监测，为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献，不仅以合作组形式加入了报告本次历史性发现的论文（即发现论文），而且在论文的正文部分报告了观测结果。该论文于10月16日正式发表。

我国第一颗空间X射线天文卫星——慧眼HXMT望远镜，于2017年6月15日在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭发射。

据中科院高能物理研究所熊少林研究员介绍：“‘慧眼’望远镜在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区，对其伽马射线电磁对应体（简称引力波闪）在高能区（MeV，百万电子伏特）的辐射性质给出了严格的限制，相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中。”

引力波是1916年爱因斯坦建立广义相对论后的预言。极端天体物理过程中引力场急剧变化，产生时空扰动并向外传播，人们形象地称之为“时空涟漪”。自从2015年9月14日LIGO首先发现双黑洞并合产生的引力波事件以来，已经探测到4例引力波事件，包括这次宣布的LIGO和Virgo联合探测的双中子星并合引力波事件。

引力波的直接探测刚刚获得了2017年度诺贝尔物理学奖。探测引力波电磁对应体对研究引力波事件、宇宙学以及基础物理具有不可替代的决定性作用，因此，人们普遍认为引力波研究的下一个里程碑是发现引力波事件产生的电磁辐射。

中国科学技术大学物理学院教授蔡一夫说：“简单说，引力波电磁对应体是指来自同一个天体现象伴随着引力波同时产生的电磁信号。”

熊少林说：“本次发现的引力波事件跟以往发现的双黑洞并合不同，它由两颗中子星并合产生。理论预言双中子星并合不仅能产生引力波，而且能产生电磁波，即引力波电磁对应体，因此本次探测到引力波以及电磁对应体是天文学家期待已久的重大发现，在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义，正式开启了多信使引力波天文学时代。”

因为此次引力波事件具有极为重要的意义，天文学家使用了大量的地面和空间望远镜进行观测，形成了一场天文学历史上极为罕见的全球规模的联合观测。然而，引力波事件发生时仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区，中国的“慧眼”望远镜便是其中之一。

“在这些望远镜中，‘慧眼’在0.2-5 MeV能区的探测接收面积最大、时间分辨率最好，因此对引力波闪的百万电子伏特（MeV）能区的伽马射线辐射的探测能力最强。” 熊少林说，“虽然此前人们普遍预计像本次事件这样近距离（约1.3亿光年）的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮，但本次引力波事件产生的引力波闪出乎意料的暗弱，特别是在MeV能区的辐射十分微弱，导致没有望远镜（包括慧眼在内）在这个能区探测到引力波闪。慧眼望远镜凭借强大的探测性能，对该引力波闪在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限。”

据悉，除了参与历史性的核心发现论文，慧眼望远镜的详细分析结果以独立论文的形式已于10月16日同步发表在《中国科学：物理学力学天文学》杂志英文版的网页版。

值得注意的是，“慧眼”望远镜本来的设计目标是探测黑洞和中子星等银河系内的X射线天体，研究极端引力场条件下的物理规律。项目组通过对慧眼望远镜辅助探测器的创新性使用，获得了额外的探测伽马暴及引力波电磁对应体的能力，使其成为国际上正在运行的最重要的伽马射线暴监测设备之一，大大扩展了望远镜的科学产出。

“慧眼”卫星由国家国防科技工业局和中国科学院联合资助建造，于2017年6月15日从酒泉卫星发射中心成功发射升空，开始为期5个月的试运行。中科院高能物理研究所（粒子天体物理重点实验室）负责望远镜观测运行以及数据处理。参与本次引力波事件观测时，慧眼望远镜刚刚试运行2个月。试运行结束后慧眼望远镜将开始正式的科学观测，同时继续监测研究引力波闪。

此外，在LIGO合作组2016年宣布探测到引力波之后，发现引力波事件的电磁对应体便成为最重要的天体物理问题之一。在慧眼望远镜的技术基础之上，中国科学院高能物理研究所提出了专门探测引力波闪的引力波高能电磁对应体全天监测器项目（GECAM），并将其命名为“闪电”。

“闪电”采用针对性优化设计，不仅能够同时监测全天随机爆发的引力波闪，而且具有更低的探测阈值、更高的监测灵敏度以及更好的定位能力，对引力波闪的综合探测性能远超现有望远镜。

熊少林说：“目前，在中国科学院前沿科学重点研究计划的支持下， “闪电”项目的关键技术攻关以及方案设计的大部分工作已经完成。如果立即立项，可以在2020年前发射升空，从而赶上与最佳灵敏度的LIGO和Virgo等引力波探测器进行联合观测，并与“慧眼”望远镜联合获得宽能区范围内引力波闪的性质，实现最大的科学产出，使我国在引力波电磁对应体的探测研究上达到国际领先水平。”

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