아인슈타인 중력파, 세계 최초 직접 탐지 성공

블랙홀 비밀 풀릴까, 신뢰도 5.1 시그마 이상 수준 정밀

중력파가 세계 최초로 직접 관측돼 세계가 들썩이고 있다. 12일 오전 서울 명동 이비스 앰배서더 호텔에서 열린 '중력파 검출'에 관한 한국 과학자 기자회견에서 한국중력파연구협력단 이형목(서울대 물리천문학부) 교수의 모습. ⓒ연합뉴스

아인슈타인이 101년 전 예측했다는 중력파의 존재가 처음으로 확인돼 전 세계가 우주의 비밀에 한발 다가섰다고 들썩이고 있다.

미국 레이저 간섭계 중력파 관측소 라이고(LIGO)는 11일 오전(현지시각) 워싱턴DC 내셔널 프레스센터에서 기자회견을 열고 “우리가 중력파를 찾아냈다. 우리가 해냈다!”고 중력파의 존재 탐지 성공을 알렸다.

중력파는 태양보다 수십 배 무거운 두 개의 블랙홀이 우주 공간에서 충돌해 합쳐졌을 때, 거대한 에너지가 수면 위에 동심원이 퍼지듯 나와 우주 공간에 파장을 일으키는 현상이다. 이 파장으로 인해 시간과 공간이 일그러질 수 있다고 알려져 왔다. 이 때문에 ‘시공간의 잔물결’이라고 불린다.

지난 1915년 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성이론에서 예측했던 중력파의 존재는, 간접 증거가 발견된 적은 있었으나 이번에 처음으로 직접 검출이 이루어졌다.

이 중력파의 검출에 과학자들이 열광하는 이유는 138억 년 전 우주 대폭발(빅뱅)로 시공간이 흔들린 흔적을 찾아내 우주 탄생의 비밀에 한 발짝 더 다가갈 수 있게 됐기 때문이다.

빅뱅 이후 우주가 급격히 팽창하면서 생긴 초신성 폭발, 블랙홀 생성, 중성자별의 병합 등 그동안 볼 수 없었던 현상을 이해할 수 있게 됐다.

이번에 관측된 중력파는 지구로부터 13억 광년(오차범위 7억5000~19억 광년) 떨어진 곳에서 태양 질량의 36배와 29배인 두 블랙홀이 충돌 하면서 0.15초간 방출한 것으로 추정된다.

미국 라이고 실험 책임자인 데이비드 라이츠 미국 캘리포니아 공대 교수는 “측정한 중력파는 양성자보다 작은 크기”라며 “태양과 가장 가까운 별까지의 거리를 재는데 이제 머리카락 하나의 차이도 잴 수 있게 된 것”이라며 이번 연구 성과의 의미를 설명했다.

라이고 연구진은 레이저를 서로 수직인 두 방향으로 나눠서 보낸 뒤 반사된 빛을 다시 합성해 경로 변화를 측정하는 방식으로 시공간의 뒤틀림을 측정했다고 밝혔다. 이번 관측의 통계적 신뢰도는 5.1 시그마 이상으로, 잡음에 의해 우연히 이런 가짜 신호가 잡힐 확률은 500만분의 1 이하에 해당하는 정밀한 수준이라고 한다.

올해 가장 유력한 노벨상 후보로 점쳐지는 라이고 연구팀에는 한국 연구진도 참여한 것으로 전해졌다. 서울대, 한국과학기술정보연구원(KISTI), 국가수리과학연구소, 부산대 등 과학자들로 구성된 한국중력파연구협력단은 지난 2009년부터 라이고 연구에 참여해왔다.

한국중력파연구협력단을 꾸린 이형목 서울대 물리천문학부 교수는 그동안 관측 가능성에 믿음을 가지고 노력한 결과 최초로 블랙홀 쌍성계의 충돌 과정을 관측할 수 있었다며 이제 우주를 이해하는 새로운 도약을 하게 될 것이라고 밝혔다.