"아인슈타인 '중력파' 이론 101년 만에 증명"
중력파 비밀 풀려…우주 관측 역사의 혁명

이선광 선임기자

중력파의 예측모델(사진=SBS뉴스)

물리학자 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론의 일부인 중력파의 비밀이 101년 만에 풀렸다. 아인슈타인이 100년 전 존재한다고 예견한 중력파(重力波·gravitational wave)가 포착돼 일대 혁명이라는 찬사가 쏟아지고 있다.

조선비즈 12일자 인터넷 판에 의하면 미국 국립과학재단(NSF)은 12일 0시30분(한국시간) 미 워싱턴DC에서 기자회견을 열고 중력파 검출에 성공했다고 발표했다. 이번에 확인된 중력파는 지난해 9월 14일 포착됐다. NSF는 "블랙홀 2개가 짝을 이뤄 자전하면서 하나의 무거운 블랙홀로 합병되는 과정에서 충돌 직전 발생한 중력파로 분석됐다"고 밝혔다.

중력파는 수면 위로 퍼지는 물결 파에 비유된다. 별이 수명을 다해 폭발하거나 블랙홀이 만들어질 때 중력이 급격히 변화하면서 나타나는 중력의 파장을 뜻한다. 아인슈타인은 1915년 일반상대성이론을 발표하면서 "중력이 변하면 시공간도 함께 휘어지게 되며 이런 현상이 수면 위 파장처럼 우주 공간을 따라 퍼질 수 있다"고 주장했다.

이후 과학자들은 100년간 중력파를 추적했으나 그 실체를 발견하지 못했다. 이러한 이유에서 과학자들은 중력파를 '아인슈타인의 마지막 수수께끼'라고 불렀다. NSF는 이번에 '레이저 간섭계 중력파 천문대(LIGO·라이고)'를 활용해 중력파를 찾아냈다. 미 루이지애나 주 리빙스턴 인근에 설치된 라이고는 4㎞ 길이의 진공터널 2개로 만들어진 시설이다. 터널 끝에 거울을 붙여놓고 레이저를 쏴 공간 변화를 측정해 중력파를 검출했다.

중력파가 발견되기까지 101년 이란 세월이 필요했다. 중력파는 거리에 비례해 신호 크기가 작아지기 때문에 지구에 도달해서는 미약한 신호만 남아 발견이 어려웠다는 게 물리학자들의 소견이다.

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.

이 중력파는 지난 1915년 아인슈타인이 이론으로 처음 제기한 뒤 많은 과학자들이 증거를 찾기 위해 노력했다. 중력파의 간접 증거가 발견된 적은 있었으나, 직접 검출이 이뤄진 것은 인류 과학역사상 처음이다. 이는 아인슈타인 이론의 마지막 과제를 푼 것으로 블랙홀·초신성·빅뱅 등 우주의 비밀을 푸는 열쇠가 될 것이라는 전망이다.

이번 발견으로 당장 일상에서 큰 변화는 없다. 중력파 개념은 대학교에서 배우는 일반물리학 과정에 포함돼 있어 일반인들에겐 여전히 생소한 개념이다. 다만 천체물리학 분야에선 새로운 패러다임이 시작될 것으로 기대되고 있다.