한국 연구진 참여…미국 고성능 중력파 관측장치 LIGO 본격 가동
아인슈타인의 일반상대성이론에서 제시한 우주의 수수께끼 중 아직도 풀리지 않은 '중력파'(gravitational wave)를 직접 검출하기위한 국제 물리학계의 대규모 실험이 본격적으로 시작됐다.
한국중력파연구협력단(KGWG·서울대 이형목 물리천문학부 교수)은 21일 사상 최대규모의 고성능 중력파 관측장치인 미국 '라이고'(LIGO :레이저간섭 중력파 관측소)가 5년간의 업그레이드를 마치고 본격 가동을 시작했다고 밝혔다.
라이고는 미국 과학재단(NSF)이 단독 투자하는 과학프로젝트 중 규모가 가장 큰프로젝트의 하나로 2000년부터 10년간 건설과 가동에 6억2천만 달러가 투입됐으며 5년간의 시설 개량에 2억 달러가 추가로 투자됐다.
라이고는 워싱턴주 핸퍼드와 루이지애나주 리빙스턴에 각각 팔길이 4㎞의 검출기를 갖추고 있다. 업그레이드로 초기 모델보다 성능이 10배가량 향상돼 관측 범위가 우주 전역으로 1천 배 넓어졌다. 거리로 따지면 6억5천만 광년까지 관측할 수 있다.
캘리포니아공대(CalTech)와 매사추세츠공대(MIT) 연구진이 라이고의 설계와 건설, 운영을 총괄하고 있으며 세계 80여개 연구기관이 협력연구단으로 참여하고 있다.
국내 연구진도 2009년 8개 대학, 3개 정부출연연구기관 연구자 30여명으로 한국중력파연구협력단을 조직해 역사적인 연구에 참여하고 있다.
한국과학기술정보연구원(KISTI)은 슈퍼컴퓨터를 활용, KGWG 대용량 데이터 컴퓨팅 인프라와 기술을 제공하며 국가수리과학연구소(NIMS)는 새로운 중력파 처리방법,검출기의 특성 결정에 필요한 새로운 소프트웨어를 개발해 기존 방법보다 효율적으로 중럭파를 검출할 수 있도록 해 최종 검증을 하고 있다.
중력파는 질량을 가진 물질이 가속운동을 할 때, 예를 들어 초신성폭발이나 블랙홀 충돌 같은 상황에서 발생하는 시공간의 일렁임(ripples)으로 아인슈타인이 1916년 일반상대성이론에서 그 존재를 예견했으나 지금까지 직접 검출에는 성공하지 못하고 있다.
중력파는 지금까지 간접적 증거만 드러난 상태다. 미국의 조지프 테일러와 러셀헐스는 1974년 쌍성계(雙星系) 펄서(전파 천체, PSR B913 + 16)를 발견, 중력파의존재를 간접적으로 확인한 공로로 1993년 노벨물리학상을 받았다.
라이고 연구진은 앞으로 워싱턴주 핸퍼드와 루이지애나주 리빙스턴에 있는 간섭계 끝에 장착된 거울 사이에서 레이저 빔을 쏘는 실험을 통해 중력파를 확인하게 된다.
중력파 검출에는 라이고 연구진 외에도 영국, 프랑스, 이탈리아, 독일, 일본,인도, 호주 등도 야심 차게 나서고 있다.
프랑스와 이탈리아가 합작한 어드밴스드 비르고(Advanced Virgo)가 내년 2월 재가동 시작하고 영국과 독일이 합작한 지오 600(GEO 600) 관측소도 가동되고 있으며오는 12월에는 일본이 독자적으로 추진한 카그라(KAGRA)도 1차 가동을 시작한다. 유럽우주기구(ESA)도 2034년 중력파 관측탐사선을 쏘아 올릴 예정이다.
연구진은 앞으로 수년 내에 우주로부터 방출된 중력파가 라이고와 비르고 등 지구상 검출기로 발견될 것으로 기대하고 있다.
KGWG 연구진은 중력파를 직접 관측하는 데 성공하면 일반상대성이론을 실험적으로 최종 증명하는 것일 뿐 아니라 인류가 접해보지 못한 매우 미약한 신호를 검출하는 기술을 개발했다는 점에서 인류가 보지 못하던 새로운 우주를 볼 수 있는 지평을연다는 의미가 있다고 설명했다.
연구진은 또 향후 중력파 관측이 전파와 같이 일상적인 일이 되도록 기술이 발전하면 이를 이용해 어떤 새로운 기술이 출연하고, 자연의 원리를 이해하게 될지 지금으로서는 아무도 쉽게 예측할 수 없다고 덧붙였다.
KGWG 단장 이형목 교수는 "앞으로 수년 내 중력파가 직접 관측되면 그 관측에국내 KGWG 연구진의 노력이 반영될 결과"라며 "앞으로 인류 역사의 획기적인 사건이될 중력파 연구에 많은 젊은 과학자들이 관심을 두게 되기를 기대한다"고 말했다.
scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>