지난 2월 11일, 과학자들이 중력파(gravitational waves)를 직접 관측했다는, 천문학 사상 가장 위대한 발견 가운데 하나를 발표했다. 중력파란 알베르트 아인슈타인이 100년 전에 예측한 시공간의 파동이다.
시공간을 흔들리게 하면서 시간과 장소를 바꿀 수 있는 힘인 중력파.
 

알베르트 아인슈타인이 100년 전에 주장했던 중력파의 존재가 13개국 공동연구진에 의해 확인됐다.
 
중력파는 태양 질량의 수십 배인 두 개의 블랙홀이 우주 공간에서 충돌해 합쳐지는 과정에서 나온 거대한 에너지가 수면 위에 동심원이 퍼지듯 우주 공간에 파장을 일으키는 현상이다.
이 파장은 블랙홀의 충돌지점에서 멀어질수록 약해지는데, 파장의 에너지로 인해 시간과 공간이 일그러질 수 있다고 알려져 있다. 그리하여 시공간 휘어지는 블랙홀, 빅뱅의 비밀이 풀릴것으로 예상되고 있다.
 

아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면, 무거운 물체주변으로는 시공간이 휘게 되고
무거운 물체의 운동에 따라 중력파라는 것이 생길 수 있다는 것이다.
연못에 돌을 떨어뜨리면 물결파가 퍼져나가듯, 무거운 물체의 움직임에 따라 시공간의 파동으로 해석되는 중력파가 퍼져나가게 된다. 이 중력파의 영향은 물체 길이가 짧아졌다 길어지는 등의 방식으로 나타난다.
그런데 이 중력파는 무척 세기가 약하기 때문에 여태 100년 동안 직접 관측된 적이 없었다고 한다.
 
이미 중력파는 1974년에 펄서의 궤도 주기가 일반상대성이론이 예측하는 데로 조금씩 짧아지는 걸 관측하여 간접적으로 검출된 적이 있으나 직접 검출된 것은 이번이 처음이다.
 
물리학자들은 각각 태양 질량의 28배, 36배인 두 블랙홀이 결합되어 더 강력한 하나의 회전 블랙홀을 생성했는데, 검출된 중력파는 결합의 마지막 순간에 생성된 것이라고 밝혔다.

 

중력파는 블랙홀이 생성되거나 충돌할 때 중력 에너지가 우주공간에 물결처럼 퍼져 나가는 파동을 말한다. 중력파 관측은 우주 탄생의 비밀을 이해하는 데 획기적인 전환점을 마련한 것으로 금세기 최고의 발견으로 평가받는다.
 
아인슈타인에 의해 물리적 시공간에 대한 기존 이론은 완전히 뒤집힌다. 그는 빛의 속도로 날아가는 우주선 내에서는 시간이 느려지고, 중력에 의해 빛이 휘어지는 등 중력은 시공간을 비틀어 놓는다고 했다.
 
만약 4km 정도 멀리떨어진 거울 사이로 레이저가 반사되고 있을 때, 중력파가 간섭하게 되면 거울에 도달하는 빛의 위상이 변하는 걸 가지고 중력파를 검출 할 수 있다. 이번에 중력파 검출은 이와 같은 방식으로 검출 되었다.
 
중력파를 이용하면 블랙홀이나, 우주탄생 시나리오 등에 대해 더 자세히 연구할 수 있다고 한다.

 

금세기(今世紀) 최고의 과학 발견'이라는 찬사가 쏟아지는 이 연구에는 한국인 과학자 14명(한국중력파연구협력단(KGWG) 소속 과학자들)도 참여했다는 점이 더욱 자랑스럽다.
 KGWG는 중력파 연구에 대한 관심과 열정을 가진 물리학자와 천문학자, 컴퓨터 전문가 등이 자발적으로 참여한 연구 조직이다.
한국은 중력파 연구를 하기에 적절한 환경이 아니다. 중력파를 검출할 수 있는 장비가 없기 때문이다. KGWG 단장을 맡았던 이형목 교수(서울대 물리천문학부 교수)는 "장비가 없으니 한국 연구진이 중력파 검출 작업에 직접 참여하는 것은 불가능했다"며 "대신 데이터를 분석해주겠다고 라이고 측에 요청해 2009년부터 간신히 이번 연구에 동참할 수 있었다"고 말했다. '라이고(LIGO·고급 레이저 간섭계 중력파 관측소)'는 이번 중력파 존재를 확인한 연구단이다.
 
한국 연구진이 참여한 뒤, 라이고는 관측한 데이터를 대전에 있는 한국과학기술정보연구원의 수퍼컴퓨터로 전송했다. 한국 연구진은 이 데이터에서 잡음을 걸러내고 중력파 관련 내용을 분석하는 임무를 맡았다. 이 교수는 "라이고는 극도로 민감하기 때문에 잡음을 잡는 소프트웨어의 역할이 중요하다"고 말했다.
 
이들이 자비를 털어가며 7년 동안 이 작업에 매달린 소득은 작지 않았다. 오정근 국가수리과학연구소 선임연구원은 "중력파 신호는 지금까지 본 것 중 가장 명백하고 아름다웠다"고 했다.

 

중력파를 통해 그동안 가정만 해왔던 무수한 이론들을 하나씩 증명해가면 우주 천문학의 새로운 지평이 열릴 것이란 평가를 받고 있다.
'금세기(今世紀) 최고의 과학 발견'이라는 찬사가 이어지는 중력파!
 

중력파 탐지는 총괄 책임자 킵손 교수 등이 노벨물리학상의 후보로 거론될 정도의 '금세기 최고의 과학적 발견'에 해당한다. 그리고 이제까지 밝히지 못했던 블랙홀 생성, 큰 별의 생성과 진화, 우주 초기 천체들의 특성 등과 같이 우주를 이해하는 데 새로운 도약의 장을 열 것으로 기대된다.
중력파를 이용하면 블랙홀이나, 우주탄생 시나리오 등에 대해 더 자세히 연구할 수 있고, 시공간이 휘어지는 블랙홀, 빅뱅의 비밀이 풀릴것으로 예상되고 있다고 하니, 우리 충남에서도 노벨상에 도전하는 계기로 삼았으면 좋겠다.

 
인류 역사를 바꿀 중요한 사건, 중력파 직접 탐지 성공!! 
시간을 초월할 수 있어 60년이 흘렀는데도 그저 하루가 흐를 정도를 느낀다고 하고,
인간 수명의 대 변혁을 가져올 수도 있다니, 충남도민이 더욱 행복한 삶을 영위할 수 있는 새로운 세계를 예측해도 좋을 듯 하다.