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“우리가 해냈습니다!”

지난 2월 12일, 미국 라이고(LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) 실험 책임자인 데이빗 라이츠 교수가 중력파 검출 실험 성공을 밝히며한 말이에요. 1915년 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하면서 중력파가 존재한다고 예측한 지 101년 만에 이를 실제로 검출한 거예요. 전세계 과학자들은 중력파의 검출에 대해 기뻐함과 동시에 앞으로 과학의 새로운 시대가 쓰일 것을 기대하고 있답니다.


중력파는 무엇일까요?

중력파는 ‘시공간의 잔물결’이라고도 불려요. 물 위에 떠 있는 배가 움직이면 주변의 물이 일렁이듯, 3차원 공간에서 질량을 가진 물체가 움직이면 주변의 시공간이 물결처럼 일렁이기 때문이지요. 하지만 중력파는 그 크기가 무척 작기 때문에 실제로 검출이 가능할 만큼 시공간이 일렁이기 위해선 어마어마한 크기의 충격이 필요하답니다.

이번에 검출된 중력파는 각각 태양 질량의 36배와 29배에 달하는 큰 질량을 갖는 두 개의 블랙홀이 충돌하며 하나로 합쳐지는 과정에서 발생했어요.


어떻게 검출했나요?

중력파를 검출하기 위한 노력은 1991년부터 시작됐어요. 미국캘리포니아공과대학교 킵 손 교수와 메사추세츠공과대학교 라이너 바이스 교수팀은 레이저를 이용해 중력파를 검출하는 장비인 ‘라이고’를 설계했어요.(위 작은 사진)

라이고는 두 팔이 달린 ‘ㄴ’자 모양의 거대한 튜브와 레이저로 구성되어 있는 장비예요. 이 두 팔의 끝에는 거울이 달려 있고, 중앙에서 두 팔의 끝 부분을 향해 양 갈래의 레이저를 동시에 발사하면 거울에 레이저가 반사돼 같은 시간에 중앙으로 돌아오지요. 이때 중력파가 라이고를 지나가면 주변의 시공간이 휘어지며 순간적으로 두 레이저의 균형이 깨져요. 이 미세한 차이를 조사하면 중력파를 검출할 수 있답니다.

연구팀은 라이고를 이용해 2015년 9월 14일 중력파로 예상되는 신호를 검출했고, 이를 자세히 조사해 올해 2월 12일 이것이 중력파가 맞다고 발표했어요. 이번 실험에서 사용된 장비는 1991년에 만들어진 라이고의 성능을 1000배로 높인 ‘어드밴스드 라이고’로, 이를 이용해 관측한 중력파는 1광년의 거리에서 머리카락 하나 굵기를 찾는 것과 비슷한 정도의 아주 작은 크기였답니다.


어떤 의미가 있나요?

연구팀이 검출한 중력파의 크기와 충돌한 두 블랙홀의 질량을 비교한 결과, 이 값은 101년 전 아인슈타인이 예측한 값과 거의 정확하게 일치했어요. 즉, 일반상대성이론이 정확한 이론이라는 게 증명된 거예요.

빛은 시공간 속에서 다른 물질과 상호작용을 하며 왜곡되기도 하지만 중력파는 시공간 자체가 일렁이는 것이기 때문에 왜곡되지 않아요. 따라서 중력파는 발생되었을 때의 정보를 고스란히 가지고 있답니다. 즉, 중력파는 온갖 별들의 역사를 고스란히 지니고 있는 ‘우주 도서관’으로 들어가는 열쇠인 셈이지요.

함께 연구를 진행한 독일 막스플랑크연구소 카스텐 단즈만 교수는 “중력파의 검출은 우주를 바라보는 새로운 눈을 얻게 된 것”이라고 말했답니다.