천문·천체물리
초방사 액시온이 만드는 중력파, 은하계 블랙홀 1억 개로 탐색한다
블랙홀 초방사(superradiance)는 초경량 액시온을 탐색하는 유력한 수단으로, 질량이 약 10^-12 eV 수준인 보손이 존재하면 진공 요동만으로도 회전하는 항성질량 블랙홀 주변에 효율적으로 생성되어 '중력 원자'를 형성하고 거의 단일 주파수의 중력파를 방출한다. 기존 초방사 제약이 소수의 개별 블랙홀 스핀 측정에 의존한 것과 달리, 연구진은 우리 은하의 블랙홀 1억 개와 우주 전역 액시온 구름에서 오는 확률적 신호를 함께 다루는 집단 수준 효과를 분석했다. 블랙홀 특성에 대한 다양한 계통 불확실성을 고려해 LIGO와 아인슈타인 망원경(Einstein Telescope), 코스믹 익스플로러(Cosmic Explorer), 고주파 자기 웨버 바(Magnetic Weber Bar)의 액시온 민감도를 계산한 결과, LIGO는 약 10^-13 eV부터 4×10^-12 eV까지의 액시온 질량을 안정적으로 탐색할 수 있다. 블랙홀 질량 분포가 5 태양질량보다 약간 아래까지 이어진다면 LIGO는 10^-11 eV에 근접하며, 같은 가정 아래 미래의 고주파 검출기는 가장 낙관적인 경우 10^-10 eV를 넘어설 수 있다고 연구진은 전망했다.
arXiv astro-ph.HE (고에너지)
