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아인슈타인이 예측했던 '중력파' 100년만에 증명하다

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    아인슈타인이 예측했던 '중력파' 100년만에 증명하다

    노벨물리학상 수상자, 2015년 블랙홀 충돌로 '시공간 일그러짐' 첫 탐지

    (서울=연합뉴스) 임화섭 기자 = 2017년 노벨물리학상을 받은 라이너 바이스 매사추세츠공대 명예교수, 배리 배리시, 킵 손 캘리포니아공대 명예교수의 업적은 질량이 있는 물체가 일으키는 '중력파'를 사상 최초로 직접 탐지하는 프로젝트에 결정적으로 기여한 것이다.

    노벨위원회는 이들의 소속을 모두 '라이고/비르고 협력단'(LIGO/VIRGO Collaboration)으로 표기하고 '라이고 탐지기와 중력파 관측에 대한 결정적 기여'를 업적으로 꼽았다.

    미국 2곳에 탐지기를 둔 라이고(LIGO)는 미국이 주도하는 중력파 관측단이며, 이탈리아에 탐지기를 둔 비르고(VIRGO)는 이탈리아·프랑스·네덜란드·폴란드·헝가리 주도의 중력파 관측단이다.

    이 연구단들은 블랙홀 충돌 등으로 일어나는 시공간의 미세한 일그러짐인 '중력파'를 매우 정밀한 기기를 활용해 탐지하고 분석하는 일을 하고 있다.

    알베르트 아안슈타인(1979∼1955)의 일반상대성이론에 따르면 중력 현상의 정체는 질량을 가진 물체가 주변의 시공간을 일그러뜨리는 것이다.

    특히 질량이 매우 큰 블랙홀과 같은 물체들이 충돌하면 그 과정에서 시공간이 일그러지는 파동이 우주의 전체 공간으로 퍼져 나간다. 이를 '중력파'라고 한다. 마치 전하를 띤 물체가 움직이면 전자기파가 발생하듯이, 질량을 가진 물체가 중력파를 일으키는 것이다.

    이런 중력파의 존재는 물리학자 알베르트 아인슈타인(1879∼1955)이 1916년 일반상대성이론으로 예측했으나, 이를 직접 탐지하려면 1해(亥·10의 20거듭제곱)분의 1 혹은 이를 능가하는 수준의 정밀도가 필요했다.

    이번 노벨상 상금의 절반을 받는 바이스 교수는 1970년대에 배경 노이즈를 극복할 수 있는 초정밀 레이저 간섭계를 설계해 중력파 탐지의 주춧돌을 놓았다.

    바이스 교수는 이어 1980년대에 손 교수와 고(故) 로널드 드레버 캘리포니아공대 명예교수와 함께 중력파를 검출하기 위해 초정밀·초대형 시설을 만들자는 '라이고 프로젝트'를 세계 과학계에 제안했다. 이 중 드레버는 올해 3월 별세해 노벨상 지명을 받지 못했다.

    수상자 3명 중 하나로 뽑힌 배리시 교수는 1994년 결성된 라이고 연구단의 연구책임자(PI)다. 그는 이후 연구시설 건설과 가동을 감독하고 세계 곳곳에서 활동중인 1천여명의 연구 참가자들을 이끄는 역할을 했다.

    라이고 연구단은 2015년 9월 14일 사상 최초로 중력파를 탐지하는 데 성공했으며, 그 분석 결과를 2016년 2월에 발표해 세계를 놀라게 했다. 아인슈타인의 중력파 예측 후 100년, 라이고 연구단 결성 후 20여년만이었다. 그 전에 중력파의 간접 증거가 발견된 적은 있었으나, 직접 검출이 이뤄진 것은 인류 과학역사상 처음이었다.

    라이고 연구단이 처음으로 탐지했던 중력파는 태양 질량의 36배와 29배인 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성이 지구로부터 13억 광년 떨어진 곳에서 충돌해 합쳐지는 과정에서 나온 것이다. 이 신호는 13억년 후에야 지구에 도달했다.

    라이고 연구단의 중력파 탐지는 발표 직후부터 우주 탄생을 이해하는 데 큰 구멍을 메워 줄 우리 시대의 가장 큰 과학 발견 중 하나로 꼽혀, 머지 않아 노벨상이 수여되리라는 관측이 나왔으며 올해 그 관측이 실현됐다.

    또 최초로 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성계의 존재를 확인하고 블랙홀의 충돌과 합병 과정이라는 극적 현상을 기록했다는 점에서도 의미가 큰 업적이었다.

    라이고 연구단은 첫 중력파 탐지 이후에도 블랙홀 충돌로 생긴 중력파를 2015년 12월, 올해 1월과 8월에도 탐지하는 데 성공하는 등 연구를 이어 나가고 있다. 이 중 올해 8월 탐지는 라이고·비르고 양 연구단이 함께 한 것으로, 중력파 관측을 위한 새로운 국제 협력의 첫 성공 사례다.

    solatido@yna.co.kr

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