킬로노바(kilonova, macronova)

킬로노바(kilonova, macronova)는 고밀도 천체가 융합될 때 발생하는 대규모 폭발현상이다. 전자기 복사는 r과정에 의해 생성된 원소가 방사성 붕괴를 일으켜 발생한다.

백색왜성의 폭발에 의해 생기는 신성(nova)의 약 1,000배의 밝기에 도달하는 것으로부터 킬로노바(kilonova)라고 불린다. 초신성(supernova)과 비교하면 10분의 1에서 100분의 1 정도의 밝기이다.

킬로노바는 중성자별의 연성 또는 중성자별과 블랙홀의 연성이 융합함으로써 발생한다고 생각된다.

2개의 콤팩트 별이 융합할 때 질량이 가벼운 쪽의 천체는 무거운 쪽의 천체의 조석력에 의해 파괴된다. 파괴된 천체의 대부분의 물질은 무거운 천체의 강착원반이 되지만 태양질량의 0.001배에서 0.1배 정도의 질량은 광속의 0.1배에서 0.2배라는 속도로 등방적으로 방출된다. 이때 r과정을 거쳐 태어난 중성자 과잉핵은 단 몇 초 동안 핵분열과 베타붕괴를 거쳐 원소로 변환된다. 이 새롭게 합성된 방사성 원소의 붕괴와 그에 의해 발생하는 방사선은 10^34J/s에서 10^35.5J/s의 광도와 함께 반나절에서 10일간 이어지는 폭발을 유지한다.

r과정에서 생성되는 원자량 130 이상의 원소의 일부는 초신성 폭발로 생성되는 양으로 성간물질 중의 관측치를 설명할 수 없을 정도로 부족하며, 킬로노바는 이들 물질의 발생원으로서 유력해 보인다.

2013년 6월부터 7월에 걸쳐 허블우주망원경과 감마선 감시위성 스위프트의 관측에 의해 처음으로 킬로노바의 것으로 생각되는 감마선 버스트가 발견되었다. 2013년 6월 13일 스위프트가 발견한 감마선 버스트의 발생원 GRB 130603B에서 허블의 광시야 카메라가 근적외선의 빛을 확인했다.  7월 3일의 관측에서는 그 빛이 쇠약해져 이 현상이 킬로노바였던 증거를 시사했다.

2017년 10월 16일, 미국의 중력파 망원경 LIGO와 유럽의 중력파 망원경 Virgo의 공동관측팀은 중성자별 연성의 합체에 의한 중력파를 발견했다고 발표했다. 'GW170817'로 명명된 이 중력파원 천체의 파형을 분석한 결과 중성자별끼리의 합체에서 발생한 것으로 생각되는 파형이라고 한다.

공동실험팀은 전세계 연구팀에 경보를 보내 70개 이상의 관측시설이 중력파의 검출된 영역을 관측했다. 그 결과 11시간 후에 복수의 관측시설이 이 중력파원 천체에 대응하는 것으로 생각되는 천체를 발견하였다. 일본의 중력파 추적 관측팀 J-GEM은 스바루 망원경의 초광시야 주초점 카메라 HSC(Hyper Suprime-Cam)를 시작으로 국내외 망원경과 ISS에 탑재된 전천 X선 감시장치(MAXI)와 칼로리미터형 우주전자선망원경(CALET)도 동원하여 가시광에서 X선, 감마선에 이르는 넓은 파장역에서 중력파원 천체를 탐색했다. 그 결과 바다뱀자리의 은하 NGC 4993에서 가시광과 근적외선 영역에서 빛나는 천체의 모습을 포착하는 데 성공했다. 이것은 이미 GW170817에 대응하는 천체로서 보고되고 있던 것과 일치해서 이번 발견에 강한 뒷받침을 주는 것이 되었다.

GW170817에서 관측된 현상은 중성자별 연성의 합체에 의해 일어나는 것으로 여겨지는 중력파, 감마선 버스트, r과정에서 생성된 방사성물질의 붕괴로 발생하는 전자기파 등 이론상 예측된 킬로노바의 특징이 각각 검출된 것이 되었다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- キロノヴァ
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%AD%E3%83%8E%E3%83%B4%E3%82%A1