2015년 9월 14일 미국 라이고 중력파 검출기

2015년 9월 14일 미국 워싱턴주 핸퍼드와 루이지애나 주 리빙스턴에 각각 위치한 두 대의 라이고 검출기에서 거의 동시에 중력파 신호 GW150914를 검출했습니다.

중력파 신호는 그동안 인류가 발견한 천체 신호 중 가장 미약한 것으로, 이를 검출하기 위해서는 매우 정밀한 레이저 간섭계와 정교한 데이터 분석이 요구됩니다.

14억 년 전 두 개의 블랙홀이 하나로 합쳐지며 생성되었다는 중력파. 과연 중력파란 무엇일까요?

1916년 아인슈타인의 마지막 선물

1916년 알버트 아인슈타인(Albert Einstein)은 일반상대성 이론을 내놓으며 평평한 시공간에서 물체의 움직임을 가정하며 처음 “중력파”를 언급하였습니다.

블랙홀의 충돌이나 중성자별 폭발 등 우주에서 큰 이벤트가 발생하면 시공간이 출렁이며 중력파가 나온다는 것입니다.

즉, 중력파는 질량을 가진 물체가 가속운동을 할 때 생기는 중력의 변화가 시공간을 전파해 가는 시공간의 물결을 뜻합니다.

잔잔한 호수에 돌을 던지면 그 물결이 퍼져나가는 것처럼 중력의 변화도 이와 같이 전파되게 됩니다.

중력파에 대한 이론적인 연구는 1940년대부터 무르익었으나 직접 중력파를 검출하려는 시도는 1960년대 이후 본격화되었습니다.

미국의 물리학자 조지프 웨버(Joseph Weber)는 상온 공명 바 검출기를 제작하였고 이후 전세계에 수많은 중력파 검출 실험그룹이 만들어졌습니다.

웨버의 실험에 대한 신뢰도는 사라졌지만 웨버의 시도를 통하여 중력파가 검출될 수 있는 기술을 개발하고 발전시킴으로써

중력파를 검출 할 수 있을 것이라는 믿음을 가지게 되었습니다.

2016년 2월, 중력파의 직접 검출

바 검출기, 구면형 검출기를 거쳐 새로운 개념의 중력파 검출기가 시도되었습니다.

본격적인 현대적 레이저 간섭계는 라이너 와이스(Rainer Weiss)와 로널드 드레버(Ronald Drever)에 의해 시작되었습니다.

킵 손(Kip. S. Thorne)은 이론적인 면에서 레이저 간섭계가 중력파를 검출할 수 있는 주파수가 가능한 천체물리학적 파원 모델을 연구하였습니다.

라이너 와이스는 1983년 레이저 간섭계형 중력파 검출기에 대한 제안서를 미국국립과학재단(Nation Science Foundation, NSF)에 제출하였고

1989년 4km 길이의 팔을 가진 레이저 간섭계의 건설이 확정되었습니다. 2002년 8월 23일부터 첫 번째 가동이 시작되었고,

2015년 어드벤스드 라이고의 가동 후 같은 해 9월 14일 드디어 최초로 중력파를 검출할 수 있었습니다.

이 성과로 2017년 라이너 와이스, 킵 손, 배리 배리시(Barry C. Barish)는 노벨물리학상을 수상하였습니다.

이후 2020년까지 약 50개의 블랙홀에서 발생된 다양한 파동의 중력파가 검출되고 있습니다.

중력파의 발견은 단순히 아인슈타인의 이론을 입증할 뿐만 아니라 “중력파 천문학”의 이제 막 태동하는 학문의 서막이자 역사적 사건입니다.

이제 인류는 중력파라는 새로운 눈을 통해 우주를 바라보고, 우주의 신비를 하나둘 밝혀내게 될 것입니다.