'아인슈타인의 중력파' 100년 만에 증명

미 국립과학재단 공식 발표
특수설계 검출기로 측정 성공
중력 변하면서 시공간 휘게 해
우주탄생 비밀 등 밝힐 길 열려

미국 국립과학재단(NSF)이 11일(현지시간) 100년 동안 미제로 남아있던 중력파(重力波)의 존재를 공식화함에 따라 이를 측정한 이번 연구성과는 세기의 발견으로 기록될 것으로 전망된다. 앞서 알베르트 아인슈타인은 1916년 발표한 일반상대성 이론에서 빅뱅 후 우주공간 전체에 전자기파가 퍼지는 과정에서 지구 등 거대한 질량을 가진 천체에 의해 중력이 변하면서 시공간도 함께 휘어진다고 주장하면서 중력파의 존재를 주창했다. 폭발이나 충돌과 같은 급격한 질량의 변화는 시공간을 크게 흔들어 놓을 것이고, 이런 흔들림은 파동의 형태, 즉 중력파로 퍼져나갈 것이라고 예견했다. 그가 일반상대성이론을 통해 예견한 현상은 그간 중력파의 존재를 빼고는 모두 실험으로 증명된 바 있다.

NSF는 그동안 미국과 한국 등 세계 15개국 83개 연구소 과학자 1006명이 참여한 대규모 연구를 지원해 중력파 측정을 독려했다. 미 루이지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸퍼드에 ‘고급레이저간섭계중력파관측소’(LIGO)를 건설하고, 이곳에서 아주 미세한 진동도 정밀하게 밝혀낼 수 있도록 설계된 두대의 검출기를 통해 중력파 측정에 매달렸다.

미국 워싱턴주 핸퍼드에 위치한 ‘고급레이저간섭계중력파관측소’(LIGO) 전경.
LIGO 홈페이지

과학자들은 중력파의 발견으로 우주 먼 곳까지 관측할 수 있을 것으로 기대한다. 중력파는 물질과 아주 약하게 상호작용하기 때문에 물질을 통과해 아주 먼 거리까지 퍼질 수 있다. 이에 반해 우리가 우주를 관측하는 데 쓰는 전자기파는 물질과 상호작용을 잘 하기 때문에 물질을 통과하기 어려워 은하 중심부까지 관측하는 일은 어려웠다. 중력파를 이용하면 이처럼 천체 깊숙한 곳에서 일어나는 일들에 대한 정보를 얻을 수 있다는 게 과학계 전언이다.

특히 거대한 별이 진화 마지막 단계에서 거대한 폭발을 일으켜 대부분의 물질을 우주공간으로 날려버리고 중심에 중성자별을 만들어내는 초신성 폭발 시 만들어질 것으로 예상되는 중력파를 관측할 수 있다면 우주의 탄생 초기와 미래에 대한 궁금증도 풀 수 있을 것으로 보인다.

국내에서는 한국중력파연구협력단(KGWG)이 그동안 LIGO 자료 분석과 과학 연구를 수행했는데, 한국과학기술정보연구원과 서울대, 부산대 등의 연구자가 주축을 이루고 있다.

황계식 기자 [e-mail]