[2017 노벨상]물리학상에 '중력파' 연구팀…우주의 눈을 열다

광학과 전파시대 넘어 '중력파 천문학'시대 열어젖혀

▲올해 노벨물리학상을 받은 라이너 바이스, 배리 배리시, 킵 손 교수.

[아시아경제 정종오 기자] 예상은 빗나가지 않았다. 우주를 파악할 수 있는 새로운 계기를 만든 연구팀들에게 올해 노벨물리학상이 돌아갔다. 중력파를 발견한 연구팀들에게 올해 노벨물리학상의 영예가 주어졌다.

스웨덴 왕립 과학 아카데미(The Royal Swedish Academy of Sciences)는 3일 오후 '중력파가 마침내 발견됐다'는 평가와 함께 라이너 바이스 MIT, 배리 배리시 캘리포니아공대, 킵 손 캘리포니아공대 교수를 '2017 노벨물리학상' 공동 수상자로 선정했다.

2015년 9월14일 중력파가 처음으로 관측됐다. 이는 아인슈타인이 100년 전에 예견했던 현상을 발견한 것으로 '우주의 역사'를 이해하는 새로운 계기를 마련했다는 평가를 받았다. 당시 13억 광년 떨어진 곳에서 두 개의 블랙홀이 충돌하면서 발생한 중력파가 미국의 라이고(LIGO) 검출기에 잡혔다.

이 신호는 지구에 도착할 때쯤에는 극도로 약해진다. 이 때문에 그동안 중력파 검출에 어려움이 많았다. 중력파가 검출되면서 천체물리학에 혁명이 일어날 것으로 분석됐다.

아인슈타인은 우주를 시간과 공간이란 실로 짜여 져 있는 천에 비유했다. 이 천에 공을 떨어트리면 움푹 들어간다. 이 처럼 매우 강력한 중력파 영향을 받으면 시공간이 뒤틀릴 것으로 예상했다. 그동안 우주연구는 광학과 전자기파(빛)를 이용한 연구에 집중했다. 중력파 연구는 1960년대부터 본격화됐는데 그동안 검출되지 않아 애를 먹었다. 중력파가 관측되면서 우주과학은 새로운 시대를 맞았다. 1609년 갈릴레이 광학망원경, 1900년대 중반 전파망원경에 이어 중력파 천문학 시대를 열어젖히고 있다.

'중력파 천문학'은 초신성과 블랙홀 내부, 빅뱅직후의 우주까지 그 비밀을 풀어낼 것으로 기대된다.

중력파는 우주공간에서 강한 폭발이나 충돌이 일어났을 때 발생하는 잔물결이다. 빛의 속도로 퍼져나간다. 중력파 때문에 시공간이 흔들리고 휘어진다. 시공간의 잔물결 현상이라고도 부른다. 천체가 충돌하는 순간에 강력한 중력파가 나온다. 지금도 우리 몸은 중력파의 영향을 받고 있다. 다만 느끼지 못할 만큼, 관측할 수 없을 정도로 매우 작다.

한편 18억 광년 떨어진 곳에서 두 개의 블랙홀이 결합되면서 발생한 중력파가 최근 검출되면서 '중력파 천문학'은 획기적으로 발전하고 있다. 특히 이번 검출은 라이고(LIGO)와 비르고(Virgo) 등 세 대의 검출기에서 동시에 관측돼 관심을 모으고 있다. 이번 검출은 지난 8월14일 오후 7시30분43초(우리나라 시간)에 이뤄졌다.

라이고 과학협력단과 비르고 협력단은 블랙홀 충돌에 의한 중력파가 최초로 동시에 관측됐다고 지난달 28일 발표한 바 있다. 이번 중력파 검출은 네 번째이고 세 대의 검출기에서 동시에 관측되기는 처음 있는 일이다.

미국 과학재단의 지원으로 운영되는 두 대의 라이고 검출기와 이탈리아 피사 근처에 있는 비르고 검출기가 두 블랙홀의 합병에 의해 나오는 중력파를 검출한 것이다.

이번에 관측된 중력파는 태양 질량의 31배와 25배인 두 블랙홀이 합병하는 마지막 순간에 나왔다. 합병을 통해 새롭게 만들어진 블랙홀의 질량은 태양의 약 53배로 태양 3배 정도 질량은 합병 과정에서 중력파로 전환된 것으로 분석됐다.

현재 중력파 검출기는 1세대를 지나 2세대인 '어드밴스드' 시대로 진입하고 있다. 검출 성능에 월등히 높아졌다. 여기에 인도와 일본도 중력파 검출기 구축에 나서고 있다. 뛰어난 성능의 검출기와 국제적 협력이 완료되면 우주를 이해하는 새로운 눈이 생길 것으로 예상된다.