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"아인슈타인 가설 입증"…우주 이해 '새로운 도약'

美라이고관측소, 중력파 존재 직접 검출했다고 발표
빅뱅직후 우주탐사·중성자별 내부 구조 확인 등 가능 전망

"최초의 블랙홀 쌍성계 관측은 예상했던 것보다 훨씬 빠르게 검출에 성공한 것입니다. 현재보다 더 많은 중력파원을 미래에 발견할 수 있을 것이라 예상합니다. 역사적인 발견으로 이제 우리는 우주를 이해하는 새로운 도약을 하게 됐습니다."(이형목 한국중력파연구협력단장)

"아마도 빅뱅 이후 인류가 관측한 우주에서 발생한 가장 격렬한 사건들 중 하나일 것입니다."(이현규 한양대 물리학과 교수)

과학기술자들이 사상 최초로 중력파를 관측하는데 성공함에 따라, 중력파 천문학의 시대가 열렸다. 중력파가 직접 검출된 것은 인류 역사상 처음이다. 아인슈타인이 일반 상대성이론을 통해 예측한 중력파가 100년 만에 진실로 밝혀진 것이다. 중력파 검출 해설 영상

라이고간섭계중력파관측소(LIGO, Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) 연구팀은 11일(현지시간) 워싱턴DC 외신기자클럽에서 기자회견을 열고 중력파의 존재를 직접 검출했다고 발표했다.  

어드밴스드 라이고 검출기의 모식도.<자료=한국중력파연구협력단 제공>

◆ 지난해 9월 美서 중력파 검출…향후 중성자 구조 연구 등 활성화 기대

지난 1915년 아인슈타인이 일반 상대성이론을 통해 예측한 중력파는 급격한 천체 운동으로 인해 4차원 시공간에 발생한 잔물결이다. 

중력파는 별의 폭발, 블랙홀 생성 등 우주에 초대형 사건이 발생할 때 중력 에너지가 물결처럼 퍼져 나가는 것을 말한다. 태양 질량의 수십 배인 두개의 불랙홀이 우주공간에서 충돌해 합쳐지는 과정에서 나온 거대 에너지가 우주 공간에 파장을 일으키는 현상이다. 

물리학자들의 연구 결과, 이번에 검출된 중력파는 블랙홀 두 개가 자전을 하는 하나의 무거운 블랙홀로 합병되는 과정에서 충돌 직전의 채 1초도 못되는 짧은 시간동안 방출된 것이다. 두 블랙홀간 충돌은 이제까지 이론적 예측만 있었을 뿐, 관측된 사례는 전무했다.

그런 가운데 지난해 9월 14일 미국 동부 일광 시간 오전 5시 51분(한국 시간 9월 14일 오후 6시 51분)에 미국 루이지애나주 소재 리빙스턴과 워싱턴주 소재 핸포드에 위치한 두 곳의 라이고 간섭계 중력파관측소에서 중력파가 검출됐다. 중력파 검출 해설 영상

이 발견은 미국에 건설된 두 대의 라이고 중력파 검출기로 얻은 데이터를 분석한 것으로 영국·독일의 지오(GEO600) 협력단, 라이고 과학협력단(LSC), 유럽의 비르고(VIRGO) 협력단이 공동으로 이룬 성과다.

한국의 중력파 연구진도 라이고 데이터 분석과 기기특성 연구로 이번 발견에 기여했다. 국내 연구진은 어드밴스드 라이고 관측에 사용된 데이터 분석 소프트웨어와 기기 모니터링 등의 직접적 역할을 담당했다.

한국중력파연구협력단(KGWG·연구책임자 이형목 서울대 교수)은 지난 2009년 라이고 과학협력단과 연구협력에 대한 MOU를 맺고 중력파 검출 연구에 참여해 왔다.

중력파 협력단 연구진은 대규모 업그레이드를 통한 어드밴스드 라이고의 성능 고도화와 감도 향상을 관측 성공의 이유로 제시했다. 관측 가능한 우주의 범위가 큰 폭으로 증가하게 되면서 첫 번째 관측 가동에서 중력파가 발견됐다는 것이다.

연구진은 앞으로 ▲더 많은 블랙홀·중성자별 쌍성 관측을 통한 블랙홀 질량측정과 중성자별 내부구조 확인 ▲중력파와 전자기파 동시 관측을 통한 감마선 폭발체, 암흑에너지 등 규명 ▲배경 중력파 검출을 통한 초기 우주에서의 별 진화과정과 빅뱅 직후 우주 탐사 등이 이뤄질 것으로 예상하고 있다.

강궁원 KISTI 박사는 "중력파를 이용해 우주를 바라보는 새로운 눈을 얻게 되고, 중력파 천문학 시대가 시작되고 있다"면서 "앞으로 예상되는 과학적 성과가 엄청난 만큼 한국도 본격적인 투자를 시작해 연구에 매진한다면 세계적 수준의 연구 성과를 낼 수 있을 것"이라고 기대했다.

중력파 신호.<자료=한국중력파연구협력단 제공>

 

 
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