아인슈타인 중력파 입증…'인터스텔라' 현실로?

  • 경제/과학
  • 대덕특구

아인슈타인 중력파 입증…'인터스텔라' 현실로?

상대성이론 예측 후 101년만에 성공…美 레이저간섭계 중력파 관측소 발표 영화 '인터스텔라' 자문 킵 손 교수 등 참여 노벨상 후보로 가장 유력 전망도

  • 승인 2016-02-14 13:35
  • 신문게재 2016-02-15 13면
  • 최소망 기자최소망 기자
▲ 아인슈타인 중력파
▲ 아인슈타인 중력파
잔잔한 호수에 떠 있던 배가 갑자기 이동하면 물결이 일어나는 것처럼 질량을 가진 물체가 가속운동을 하면 시공간이 일렁여 파동이 생기는 것을 '중력파'라고 한다.

알베르트 아인슈타인은 101년 전인 1915년에 중력파를 이론으로 예측했다. 그럼에도, 중력파는 그 세기가 매우 미약해 직접 검출이 어려웠다. 최근 미국 국립과학재단은 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고)를 활용해 중력파를 검출했다고 발표했다. 세계 각국의 연구진들의 갖은 노력 끝에 최근 중력파 직접 검출이 이뤄졌다. 지금까지 중력파의 간접 증거가 발견된 적은 있었으나 직접 관측사례는 처음인 만큼 금세기 최고의 과학적 발견이라 불리고 있다.

▲'중력파(重力波)'란?= 중력파는 별의 폭발, 블랙홀 생성 등 우주에 초대형 사건이 발생할 때 중력 에너지가 물결처럼 퍼져 나가는 것이다. 강력한 중력파가 지나가는 곳에서는 일시적으로 시간 흐름이나 물체 위치가 변하는 것으로 알려진다. 아인슈타인이 1915~1916년 발표한 일반상대성이론 논문 4편에서 언급됐다. 아인슈타인은 이 논문에서 우주를 시간과 공간이라는 실로 짠 천에 비유해 천에 볼링공을 떨어뜨리면 움푹 꺼지는 것처럼 천체가 격렬하게 활동하면 시공간도 뒤틀린다고 주장했다.

▲중력파 관측 역사=처음 중력파 직접 검출에 도전한 사람은 미국 메릴랜드대의 조셉 웨버 교수로 알려졌다. 웨버 교수는 '웨버 바'라고 이름 붙인 막대 검출기를 독자적으로 만들어 실험에 임했다. 그러나 웨버 교수는 실패를 맛봐야만 했다. 1980년대에 라이너 와이스 매사추세츠공대(MIT) 명예교수, 캘리포니아공과대(칼텍)의 킵 손 명예교수와 로널드 드레버 명예교수에 의해 중력파를 검출하는 수단으로 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고)가 처음 제안됐다. 2년 전에는 미국 과학자들이 남극 전파 망원경으로 3년을 추적한 끝에 중력파를 찾았다고 발표했다. 당시에는 금세기 최고 발견이라는 찬사가 쏟아졌다. 그러나 불과 열흘 뒤 관측 결과가 잘못됐다는 지적이 나왔다. 몇 달을 재검증했지만, 발표는 취소됐다. 중력파라고 믿었던 것은 우주먼지가 만든 잡음이었다.

▲레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고) 중력파 검출 원리=중력파는 상하좌우로 진동하는 플러스편광과 45° 기울어진 채 진동하는 크로스 편광이 있다. 미국 루이지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸포드에 설치된 LIGO에는 4㎞ 진공터널이 기역(ㄱ) 형태로 만들어져 있다. 터널 양끝에는 거울이 있고 그 사이로 레이저를 쏜다. 만약 중력파가 터널을 지나가면 거울이 미세하게 움직이면서 레이저에 패턴(무늬)이 생긴다. 출렁이는 폭은 원자 하나 크기 정도로 이를 관찰하는 것이다. 이 아이디어를 처음 낸 사람은 영화 '인터스텔라'의 물리학 이론을 감수(監修)했던 킵 손 캘리포니아공대(칼텍) 교수다. 이 교수가 노벨 물리학상에 후보로 거론되고 있다.

▲이번 연구의 발표 내용=이번에 감지된 중력파는 태양 질량의 29배(오차 범위 25~33배)와 36배(오차 범위 32~41배)인 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성이 지구로부터 13억 광년(오차 범위 7억5000~19억 광년) 떨어진 곳에서 충돌해 합해지는 과정에서 비롯한 것이다. 이 중력파는 두 블랙홀이 서로 중력파를 내면서 점차 접근해 충돌하기 직전 약 0.15초간 방출됐던 것으로 추정되고 있다. 충돌한 두 블랙홀은 태양 질량의 62배인 하나의 블랙홀로 변했다. 이 과정에서 태양의 3배에 해당하는 막대한 질량이 중력파 에너지로 빠져나가 소멸했다고 연구진은 설명했다. 잡음에 의해 우연히 이런 가짜 신호가 잡힐 확률은 500만분의 1 이하로 관측의 통계적 신뢰도는 5.1 시그마(σ) 이상이다.

라이고 연구진은 레이저를 서로 수직인 두 방향으로 분리시켜 보낸 후 반사된 빛을 다시 합성해 경로 변화를 측정해 시공간의 뒤틀림을 측정했다. 동시에 약 3000km 떨어진 미국 루이지애나 주 리빙스턴과 워싱턴 주 핸퍼드에서 두 개의 검출기를 동시에 가동해 가짜 신호와 진짜 신호를 구분해 미세한 시차를 통한 파원의 방향을 추정했다. 이번 라이고 팀의 연구는 최초로 중력파를 직접 검출과 함께 최초로 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성계의 존재를 확인, 블랙홀의 충돌과 합병 과정을 기록했다는 점에서도 의미가 있다. 라이고 연구팀은 1차 관측을 시작한 작년 9월 12일부터 약 16일간 가동 기간에 수집한 자료로 이를 발견했다. 연구팀이 중력파를 검출한 시간은 작년 9월 14일 미국 동부일광시간(EDT) 오전 5시 51분, 국제표준시로는 오전 9시 51분, 한국시각으로는 9월 14일 오후 6시 51분이었다.

▲앞으로의 연구=중력파를 관측하게 돼 우주를 보는 인류의 시야가 획기적으로 넓어지게 됐다. 우리가 우주에서 보는 빛은 빅뱅 후 약 38만년에 만들어진 것으로 이보다 앞선 우주의 모습은 광학망원경이나 전파망원경으로는 절대 볼 수 없다. 그러나 중력파는 빅뱅 직후부터 존재했기 때문에 초기 우주의 모습을 담고 있을 가능성이 크다. 빛을 이용해 관측할 수 없던 블랙홀도 중력파를 이용하면 그 존재를 볼 수 있다.

즉, 이번 중력파 관측 성공으로 138억 년 전 빅뱅 이후 우주가 급격히 팽창하면서 생긴 초신성 폭발, 블랙홀 생성, 중성자별의 병합 등 그동안 천체망원경이나 전파망원경으로 볼 수 없었던 현상을 이해할 수 있게 됐다. 이 때문에 올해 가장 유력한 노벨상 후보라는 전망도 나온다.

최소망 기자 somangchoi@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. "검은 연기 뒤덮은 서산"… 크레아 공장 대형화재, 11시간 사투 끝 진화
  2. 한국소비자원 "중고 스마트폰 온라인 쇼핑몰 환불 주의하세요"
  3. [주말 사건 사고] 서산 공장 화재로 소방대원 2명 부상, 직원 6명 대피
  4. 김태흠 선거벽보 누락… 충남선관위, 사과 및 재발방지 약속
  5. 대전 방문한 박근혜 전 대통령! '손가락 2번 포즈' 요청에 보인 반응은?
  1. 원자력발전소 연료 만드는 대전공장…환경방사선 안정·기술수출까지
  2. 야구인 만난 허태정 후보, 박근혜 전 대통령 만난 이장우 후보
  3. 올 여름 충청권 평년보다 무덥고 비도 많이 내린다
  4. “집 가까운 병원에서 보훈 진료를…” 위탁병원 공개모집 관심 필요
  5. "표결집", "검증확대" 제안… 교육감 선거 주도권 경쟁 격화

헤드라인 뉴스


충청권 유권자 481만명… ‘캐스팅보트’ 영향력 커지나

충청권 유권자 481만명… ‘캐스팅보트’ 영향력 커지나

6·3 지방선거에서 충청권 유권자 수가 처음으로 480만 명을 넘어서며 높아진 지역 위상을 실감케 했다. 특히 대전·세종·충남·충북을 합친 충청권 유권자는 호남권보다 55만 명 이상 많은 것으로 집계돼, 전국 선거 구도에서 금강벨트 표심 영향력이 커지고 있다. 여야 모두 충청 표심 확보에 총력전을 펼치는 이유 가운데 하나가 바로 이 때문으로 분석된다. 25일 중앙선거관리위원회에 따르면 최근 확정한 제9회 전국동시지방선거 선거인명부에 따르면 이번 지방선거 전체 유권자 수는 4464만 9908명이다. 이는 2022년 제8회 지방선거보다..

`200승` 류현진 앞세운 한화… 연승 타고 상위권 도전
'200승' 류현진 앞세운 한화… 연승 타고 상위권 도전

올 시즌 초반 리그 하위권 추락 위기에 놓였던 한화 이글스가 최근 연승 행진을 이어가며 상승세를 타고 있다. 특히 류현진은 24일 두산 베어스와의 경기에서 한국인 선수 최초로 한미 통산 200승이라는 위업을 달성했다. 한국인 투수가 프로 무대에서 200승을 기록한 것은 송진우(210승)에 이어 역대 두 번째다. 25일 KBO에 따르면 한화는 이날 기준 47경기에서 23승 24패, 승률 0.489의 성적으로 리그 5위에 올라 있다. 이달 초까지만 해도 불안정한 중심 타선과 불펜진의 부진으로 최하위권에 머물렀던 한화는 최근 경기력을 회..

대전 휘발유값 4주만에 리터당 2000원 밑으로… 세종·충남은 2000원대 유지
대전 휘발유값 4주만에 리터당 2000원 밑으로… 세종·충남은 2000원대 유지

대전지역 휘발유 평균 판매가격이 4주 만에 리터당 2000원 밑으로 떨어졌다. 반면, 세종과 충남은 여전히 2000원대를 유지하면서 지역별 가격 차를 보였다. 25일 한국석유공사 유가정보시스템 오피넷에 따르면 5월 셋째 주(17~21일) 대전의 휘발유 주간 평균 판매가격은 리터당 1999.69원으로 집계됐다. 같은 기간 세종은 2008.01원, 충남은 2015.27원을 기록했다. 대전과 세종의 가격 차는 리터당 8.32원, 대전과 충남의 격차는 15.58원이다. 대전의 휘발유 평균 판매가격은 4월 넷째 주 리터당 1998.42원을..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 야구인 만난 허태정 후보, 박근혜 전 대통령 만난 이장우 후보 야구인 만난 허태정 후보, 박근혜 전 대통령 만난 이장우 후보

  • 가정마다 배달된 선거공보물 가정마다 배달된 선거공보물

  • 대전지역 후보들 지원유세 나선 박근혜 전 대통령 대전지역 후보들 지원유세 나선 박근혜 전 대통령

  • 부처님 오신 날 분위기 고조시키는 봉축탑 부처님 오신 날 분위기 고조시키는 봉축탑