2015년 9월 어느날 독일의 물리학자인 마르코 드라고는 지구에서 13억 광년 떨어진 우주 어딘가에서 발생한 미세한 흔들림을 포착했다. 13억 광년이라면 이 빛(파)가 우주에서 출발한 때는 지구에 막 대기 중 산소가 형성되던 시기인 선캄브리아기였다. 당시 지구는 원시생명체가 막 태동할 무렵의 까마득한 옛날의 우주 빛을 포착한 셈이다. 

‘GE150974’(LIGO, 라이고)라 이름 지어진 이 미세한 떨림은 미국의 레이저 중력파 관측소로 즉각 전해졌다. 이는 이미 100년 전 아인슈타인의 일반상대성이론에 나와있는 중력파다. 이 사건으로 인하여 천문학계 및 물리학계는 엄청난 충격에 휩싸였으며 노벨 위원회조차 이를 주목했다. 결국 2017년 노벨물리학상을 중력파 검출에 공을 세운 라이고 연구진에게 돌아갔다.  100년 전 아인슈타인이 예언한 중력파의 존재를 처음으로 발견한 것이 수상 이유가 되었다. 

그럼 도대체 중력파가 무엇이길래 이렇게 온 학계가 들썩이고 연구자가 노벨상까지 받는 것일까?

중력파는 100년에 걸친 도전 역사를 가지고 있다. 중력파는 시공간이 뒤틀리면서 발생한 파동이다. 중력파는 중력이 변동을 일으칼 때 주위 시공간을 휘게 만들며 광속으로 퍼진다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 질량을 가진 물체가 가속될 때 시공간이 변형되면서중력파가 방출된다고 한다. 다만 중력파가 너무 미세하기에 이를 포착하기가 너무 어렵다.  항상 그렇듯이 과학계는 이론적으로 완벽하더라도 실제로 증명되지 않으면 학설로 인정하지 않는다. 그래서 중력파를 포착하는 것은 역사상 물리학자들이 도전 과제였다. 100년에 걸친 끊임없는 도전의 역사를 마무리 지은 것이 1987년에 시작된 프로젝트 라이고(LIGO)다. 이것은 30 년이라는 긴 기간 동안 20개국에서 천여 명의 연구자들이 참여한 거대한 국제 프로젝트이다.  

결국 연구진은 레이즈간섭계 두 개를 사용해서 13억 년 전 두 블랙홀이 충돌하여 발생한 중력가 지구를 스칠 때 나타나는 변화를 관측하는데 성공했다. 원자핵의 수천 분에 일 정도도 않되는 지극히 미세한 떨림이었다. 데이터는 완벽했지만 관측한 데이터에 대한 검증에만 5개월이나 걸려 2016년 2월 마침내 논문이 발표되었다.  중력파 검출기 현재까지 네 번의 우주 진동을 포착했다. 인도와 일본에서도 새로운 중력파 관측 시설 건설에 착수했다.

중력파는 천문학에 새로운 패러다임을 제공한다  

중력파의 발견이 이토록 중요한 이유는 천문학에 중력파 천문학이라는 새로운 패러다임을 제시한다는 것이다. 여태껏 천문학은 전자기파 와 빛에 의지해 왔다.  중력파는 모든 물체를 잘 투과할 뿐만 아니라 처럼 다른 물질에 닿아 반사나 굴절되거나,  전자기파 처럼 다른 물질과 상호 작용도 하지 않는다.  블랙홀의 충돌이나 작용으로 인하여 생기는 중력파를 측정한다면 지금까지 이론상 상상만으로 추측했던 블랙홀의 내부상태를 알아 낼 수 있을지도 모른다. 이렇게 중력파의 발견은 베일에 쌓인 우주의 신비를 풀어내는 데 있어 완전히 새로운 패러다임을 제시해 줄 것이다. 가장 기대가 되는 것은 우주 빅뱅시 발생한 중력파 포착할 수 있다는 가능성이다. 포착만 되면 우주의 탄생 비밀을 푸는 단서가 될 수도 있겠다. 이미 포착된 중력파로 블랙홀 쌍성계를 발견하여 두 개의 블랙홀 별들이 서로의 인력에 끌려 춤을 추다가 하나의 블랙홀로 합쳐지는 역동적인 과정을 시뮬레이션해 낼수 있는 경지까지 왔다. 중력파 천문학이 선사할 앞으로의 우주 세계가 기대된다.  

또 혹 아는가. 우리에게 중력파 스마트폰이 주어질런지.  물질과의 충돌시 상호 간섭이 거의 없고 투과성이 좋은 중력파를 통신분야에 용용한다면 상상할 수 없을 정도로 완벽한 통신수단이 미래에 탄생할 가능성도 있다.


+ Recent posts