우주에서 온 신호 중력파…검출기는 '세상에서 가장 정밀한 자' 작성일 08-15 29 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="ZVxhXtJ6Je"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="98ae42426b4a47209a25df686ef6b59d44fc82a2575a339a1ab2298459a8d580" dmcf-pid="5fMlZFiPMR" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="두 블랙홀이 충돌하며 만든 중력파가 시공간을 가로질러 지구의 L자형 검출기에 도달하는 모습을 표현한 이미지. 생성형 AI 제작" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080210752gbxj.png" data-org-width="680" dmcf-mid="YCXbQeTsen" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080210752gbxj.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 두 블랙홀이 충돌하며 만든 중력파가 시공간을 가로질러 지구의 L자형 검출기에 도달하는 모습을 표현한 이미지. 생성형 AI 제작 </figcaption> </figure> <p contents-hash="844ed77d579e08f0bd63f257dedc5866b723b03eeca205f86738ba214ebe02b8" dmcf-pid="14RS53nQJM" dmcf-ptype="general"><span>○ 중력파, 시공간이 출렁</span></p> <p contents-hash="b682d3e5bda85ce7f95fb9aa27d768ac3fd0daab6d074a11d0ce656b6724b9c2" dmcf-pid="t8ev10Lxdx" dmcf-ptype="general">1915년 알베르트 아인슈타인은 질량을 가진 물체가 중력파를 만들어내고 중력파가 시공간을 휘게 한다고 예측했습니다. 중력파가 만들어지는 원리와 중력파가 우주 연구에 어떤 역할을 하는지 살펴봤습니다.</p> <p contents-hash="a313abf8d9325c7f391c33b4d098d493069707f57a76fdb7b89aea5fc66a30b3" dmcf-pid="F6dTtpoMeQ" dmcf-ptype="general"><strong>● 물체가 움직이면 시공간이 휘어진다</strong></p> <p contents-hash="83650d6ca8a477a60b09ec755222aece775b82302e43823baa54e503315965a7" dmcf-pid="3PJyFUgRiP" dmcf-ptype="general"> 2015년 9월 14일 오전 5시 51분 미국 루이지애나주와 워싱턴주에 있는 두 연구소의 컴퓨터 화면에 낯선 신호가 나타났습니다. 두 연구소에서 신호가 잡힌 시각의 차이는 0.007초였습니다. 사실상 거의 동시에 신호가 포착된 셈입니다.</p> <p contents-hash="6fc704368fa8cf263defb95a37d10ecfd1befa158707ad0905f957ebfde702d7" dmcf-pid="0QiW3uaed6" dmcf-ptype="general"> 한국과 미국, 독일 등 세계 각국의 과학자 1000여 명은 약 5개월 동안 이 신호의 정체를 분석했습니다. 그 결과 신호는 태양 질량의 36배와 29배인 두 블랙홀이 충돌하면서 만들어낸 파동으로 밝혀졌습니다. 이 파동은 13억 광년의 거리를 날아 지구에 도달했습니다.</p> <p contents-hash="aa7e4dc2834e98835e1a5bb77b2095cff357128e0547dcaf570e4cdd0cc857e7" dmcf-pid="pxnY07Nde8" dmcf-ptype="general"> 과학자들은 이 발견으로 인류가 우주와 소통하는 새로운 창구를 확보했다고 평가했습니다. 약 100년 전 아인슈타인이 예측한 중력파의 존재가 실제 관측을 통해 확인됐기 때문입니다.</p> <p contents-hash="65bfb612202495ab9edb6a4a3d226aae0fde85969d92f400951808a2f6503dd2" dmcf-pid="UMLGpzjJd4" dmcf-ptype="general"> 중력파를 이해하려면 먼저 중력의 의미를 알아야 합니다. 일반적으로 중력은 질량을 가진 물체끼리 서로 끌어당기는 힘을 의미합니다. 하지만 아인슈타인은 1915년 중력을 ‘시공간의 휘어짐’으로 설명했습니다.</p> <p contents-hash="f57b00e031c52ff8b2d1ab2e3b9f9b55457cb2119354220d10902228364ee83b" dmcf-pid="uRoHUqAiJf" dmcf-ptype="general"> 트램펄린 위에 공을 올려놓으면 공이 놓인 부분이 아래로 꺼집니다. 우주 전체를 거대한 시공간의 그물망으로 가정하면 그물망 위에 태양이나 지구처럼 질량을 가진 천체가 놓일 때 해당 부분의 시공간이 휘어집니다.</p> <p contents-hash="f1de5c7aeb7200e7551f54fe526886e2e9d0cf678909d3c8372b04ead87ca4f7" dmcf-pid="7egXuBcnnV" dmcf-ptype="general"> 트램펄린 위의 공이 점점 빠르게 움직이거나 회전하면 트램펄린이 출렁입니다. 시공간의 그물도 이와 비슷합니다. 질량을 가진 천체가 점점 빠르게 움직이거나 회전하면 시공간의 그물이 출렁이고 그 출렁임은 파도처럼 사방으로 퍼져 나갑니다. 이것이 ‘중력파’입니다.</p> <p contents-hash="e916f242feba39886fed8dddaa326f4a0f547cc9d9d23b480c0a9ba910fa4a29" dmcf-pid="z72DSW6bL2" dmcf-ptype="general"> 중력파가 지나가면 시공간은 아주 미세하게 변합니다. 한쪽의 시공간이 늘어나면 다른 한쪽은 줄어듭니다. 질량을 가진 물체는 점점 빠르게 움직이거나 진행 방향을 바꿀 때 중력파를 만들어냅니다.</p> <p contents-hash="8088c79780560c6b107ddb461d4c6854aeeec45d40f73940780079307ce7ac30" dmcf-pid="qzVwvYPKR9" dmcf-ptype="general"> 이경하 성균관대 물리학과 교수는 “사람이 움직일 때도 주변의 시공간이 아주 조금 휘어집니다”라며 “다만 사람이 만드는 중력파는 너무 약하기 때문에 인간은 그 변화를 느낄 수 없습니다”라고 설명했습니다.</p> <p contents-hash="ba432fb3abf126f69d97f7ff2151bee27efcf593f5ffce0f1184a0c2403ad07e" dmcf-pid="BqfrTGQ9LK" dmcf-ptype="general"> 과학자들은 특히 우주에서 지구로 오는 중력파에 주목합니다. 중력파를 관측하기 전까지 과학자들은 주로 빛을 이용해 우주를 연구했습니다. 하지만 블랙홀은 빛조차 빠져나오지 못하는 천체이기 때문에 빛을 이용한 연구에는 한계가 있었습니다.</p> <p contents-hash="b0f97535e67e49d644503111e08846050132e7c4609d30e067c817f4689c5906" dmcf-pid="bB4myHx2Lb" dmcf-ptype="general"> 중력파는 질량이 있는 물체가 움직일 때 만들어집니다. 블랙홀이 충돌하거나 서로의 주변을 공전할 때도 중력파가 발생합니다. 과학자들은 중력파를 분석해 그동안 직접 볼 수 없었던 블랙홀의 비밀을 밝히고 있습니다. 더 나아가 별 내부에서 일어나는 핵융합 현상과 우주가 처음 탄생했을 당시의 모습도 연구하고 있습니다.</p> <p contents-hash="0b0415610f290fec1de2f8f23077b97bede0c54adb68d48205b5e4df9e72b12f" dmcf-pid="Kb8sWXMVnB" dmcf-ptype="general"> 이 교수는 “중력파는 우주에서 들려오는 파동을 이용해 우주를 관측하게 한다는 점에서 ‘우주를 바라보는 귀’라고 할 수 있습니다”라고 설명했습니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c58987c2dcaec6f5b23e7ff03824a5e308044ddb2dfceb3f0c29ed02573a6b9c" dmcf-pid="9K6OYZRfJq" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 중력파 검출기(노란색 표기 부분 검출기의 팔), 중력파 검출기의 거울(약 40kg). VIRGO 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080212023dmel.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="GZxcCvfzii" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080212023dmel.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 중력파 검출기(노란색 표기 부분 검출기의 팔), 중력파 검출기의 거울(약 40kg). VIRGO 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="828f92b88717aae662fa75c383c4257ecd1593096ff5cd9e26ad4cf8a3510e3f" dmcf-pid="29PIG5e4nz" dmcf-ptype="general"><span>○ 중력파 검출기, 세상에서 가장 정밀한 자</span></p> <p contents-hash="299a537549ba7bf88913a53490c0f243ac18124ef94e6e51d4342da6c73407ca" dmcf-pid="V2QCH1d8L7" dmcf-ptype="general">중력파는 눈으로 볼 수도, 소리로 들을 수도 없습니다. 과학자들은 중력파 검출을 위해 제작한 특수한 기기를 이용해 중력파를 찾아냅니다. 중력파 검출 과정과 연구자들이 경험한 검출 뒷이야기를 살펴봤습니다.</p> <p contents-hash="1d6775995129e3d7706701dd1b8d38f9af3e6544697fa7928cafe56ca3c652ab" dmcf-pid="fVxhXtJ6Lu" dmcf-ptype="general"><strong>● 레이저를 쏘아 중력파를 읽어낸다</strong></p> <p contents-hash="76fcebaf0a408d52b42641ba73999ed9c2ddf20838bb01f946955eb03a461b89" dmcf-pid="4fMlZFiPJU" dmcf-ptype="general"> 아인슈타인이 중력파의 존재를 처음 예측한 뒤 실제로 중력파를 검출하기까지 약 100년이 걸렸습니다. 중력파는 매우 먼 거리에서 잡음과 섞인 채 지구에 도달하기 때문에 세기가 매우 약합니다. 중력파를 검출하려면 정밀한 기계가 필요합니다.</p> <p contents-hash="91a757c0e508910bbfb4b51ec322dc111625c6208d77c9d33ac608251833ef33" dmcf-pid="84RS53nQnp" dmcf-ptype="general"> 중력파를 검출할 수 있는 기계는 전 세계에 네 대가 있습니다. 미국의 라이고 검출기 2기와 이탈리아의 비르고, 일본의 카그라입니다. 네 검출기는 모두 길이 3~4km의 거대한 팔 두 개를 알파벳 ‘L’자 형태로 배치한 구조입니다.</p> <p contents-hash="1550eb525880854b247ed0d43ccfe4d5426c115c1768a5d5f512a993c16083d9" dmcf-pid="68ev10Lxn0" dmcf-ptype="general"> 두 팔이 맞닿는 지점에서 양쪽 팔의 끝을 향해 같은 강도의 레이저를 발사합니다. 레이저는 팔 끝에 설치된 거울에 반사된 뒤 다시 돌아옵니다.</p> <p contents-hash="b2a8b890b179875a0f526799b4deffe63cf1582535d234212c07ce5c270585b7" dmcf-pid="P6dTtpoMn3" dmcf-ptype="general"> 평소에는 두 팔을 왕복하는 레이저의 길이가 같습니다. 그러나 중력파가 검출기를 지나가면 두 레이저의 길이가 달라집니다. 시공간이 휘면서 한쪽 팔의 레이저는 길어지고 반대쪽 팔의 레이저는 짧아지기 때문입니다.</p> <p contents-hash="8876a42386984652cd6b5929d0afdbd836ebdc6c5e212efc963f1474c976daf1" dmcf-pid="QPJyFUgRMF" dmcf-ptype="general"> 과학자들은 두 레이저의 길이 차이를 이용해 중력파를 분석합니다. 길이 차이는 약 10⁻¹⁸m로 매우 짧고 중력파가 검출기를 스치는 시간도 약 0.015초에 불과합니다.</p> <p contents-hash="2b17c8446d5cbb521ed39db1eacda0d1c98f2268e60296bcb666cdc9ac535915" dmcf-pid="xQiW3uaeit" dmcf-ptype="general"> 김정리 이화여대 물리학과 교수는 이처럼 미세한 길이 변화까지 포착하는 중력파 검출기를 “세상에서 가장 정밀한 자”라고 표현했습니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d8957ee61344110f77c02b413db5a66931bf6d7601ab3bd0a5c391230810668a" dmcf-pid="yQiW3uaeJ1" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="2세대 블랙홀의 상상도. LIGO Caltec 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080213252bhna.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="HHaZ7bkLMJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080213252bhna.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 2세대 블랙홀의 상상도. LIGO Caltec 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="12f22240c0bfb0a33340ddc77f6965fb092da983aa0118be386a768c178de5a8" dmcf-pid="WxnY07Ndd5" dmcf-ptype="general"><span>○ 중력파가 담고 있는 정보는?</span></p> <p contents-hash="69015a85e46a9a4bb02dc788c43c1a9f5aef88a49094a28b9109a38170d3b045" dmcf-pid="YMLGpzjJdZ" dmcf-ptype="general">지금까지 발견된 중력파는 390건에 이릅니다. 최근 공개된 중력파 사건 목록에는 중력파가 알려주는 우주의 다양한 정보가 담겼습니다.</p> <p contents-hash="1c8dc2975f60dcf1c5be9ac1e4ad5565e345e93b8cce337d91f8af3d974cd5ad" dmcf-pid="GRoHUqAiJX" dmcf-ptype="general"><strong>●중력파로 밝힌 블랙홀의 대물림</strong></p> <p contents-hash="9c6f9bfffeb3df2474dca02139949bcd6a5424f5431781568a40909e38e9a43e" dmcf-pid="HegXuBcnJH" dmcf-ptype="general"> 지난 5월 26일 현지시각 중력파를 연구하는 국제협력 네트워크 ‘라이고-비르고-카그라(LVK)’는 2015년 첫 관측 이후 지금까지 발견한 중력파 사건 390건을 정리한 목록을 공개했습니다.</p> <p contents-hash="d77e89ba236c4af5d363dfd4f83490888f134953a6fcbcb201d90f77ebfbae85" dmcf-pid="XdaZ7bkLJG" dmcf-ptype="general"> 목록에는 중력파가 날아온 위치와 신호의 선명도, 각각의 중력파를 통해 새롭게 밝혀진 사실들이 담겼습니다. </p> <p contents-hash="c80948db9ec8edba89aec1debaa113f5bc50d5b48da3f4a0e8607af87aa9a8c2" dmcf-pid="ZJN5zKEodY" dmcf-ptype="general"> 중력파 사건 목록에 따르면 중력파는 그동안 직접 관측하기 어려웠던 블랙홀의 충돌과 진화 과정을 밝히는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 김정리 이화여대 물리학과 교수는 “블랙홀을 연구하는 가장 강력한 방법이 중력파입니다”라고 강조했습니다.</p> <p contents-hash="13f58832a86b24dacf721385b09359bdadff90d0520dddf343ec0379a4e8befd" dmcf-pid="5ij1q9DgiW" dmcf-ptype="general"> 블랙홀은 거대한 별이 붕괴하면서 만들어집니다. 블랙홀끼리 가까워지다가 충돌하면 더 큰 블랙홀이 만들어집니다. 이를 ‘2세대 블랙홀’이라고 부릅니다. 그동안 2세대 블랙홀은 이론으로만 검증됐으며 명확한 관측 증거는 발견되지 않았습니다.</p> <p contents-hash="877c641e7670992f532c204ba92c3208101494e5e333ce4d6b8b683ecc2facfe" dmcf-pid="1nAtB2waJy" dmcf-ptype="general"> 과학자들이 2024년 10월과 11월에 탐지된 중력파 GW241011과 GW241110을 분석한 결과, 두 신호를 만든 블랙홀은 일반적인 블랙홀보다 훨씬 무겁고 빠르게 회전하는 것으로 나타났습니다. 과학자들은 해당 블랙홀이 2세대 블랙홀일 가능성이 크다고 분석했습니다.</p> <p contents-hash="3de503187e54e10fcae509d5a996ccc553a5914b0c31ace5a66d44757453419b" dmcf-pid="tLcFbVrNJT" dmcf-ptype="general"> 이성호 한국천문연구원 책임연구원은 “2세대 블랙홀의 흔적은 블랙홀이 자라는 여러 방식을 이해하는 데 중요한 단서가 됩니다”라고 설명했습니다.</p> <p contents-hash="e0143c698037667fefbda8e3038ea0164e414d202fd95238d1707ac04a1b8630" dmcf-pid="Fok3KfmjMv" dmcf-ptype="general"> 사건 목록에는 지금까지 관측된 중 가장 선명한 중력파와 중력파가 발생한 천구상의 위치를 가장 정확하게 밝혀낸 사례도 담겼습니다. 이러한 정보는 알베르트 아인슈타인과 스티븐 호킹 등 과학자들이 발표한 이론을 검증하고 초기 우주의 발전 과정을 밝히는 데 도움이 됩니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="73765add112382dcfaca851b26905488bed3dc15a40dc13fdf6ff48318a49b7c" dmcf-pid="3gE094sAnS" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 중력파 검출기의 거울과 팔. VIRGO 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080214474jvfa.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="Xrl9MJWIJd" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/15/dongascience/20260815080214474jvfa.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 중력파 검출기의 거울과 팔. VIRGO 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="bbe3fde8b8baaecd07a7894a01b5cacf1814d6177ceb86ce64c728d3fa3904d9" dmcf-pid="0aDp28Ocel" dmcf-ptype="general">중력파는 일상생활과 다소 멀게 느껴질 수 있습니다. 새로운 중력파가 발견됐다고 해서 생활을 즉시 편리하게 만드는 기술이 개발되는 것은 아니기 때문입니다.</p> <p contents-hash="d374f9b8c876dd1c868856e129bab82a6439a73fbf220db8e84bb3c75d79b188" dmcf-pid="pNwUV6IkMh" dmcf-ptype="general"> 그러나 중력파 연구자들은 중력파 연구가 우주를 해석하고 인류의 기원을 이해하는 데 도움이 된다고 설명합니다.</p> <p contents-hash="3454843113e368658f5d0bf428518f22ed5c2b94f2641135f2e585375296b9f4" dmcf-pid="UTZMac3GJC" dmcf-ptype="general"> 김정리 교수는 “중력파를 통해 지구에서 멀리 떨어진 우주의 현상과 초기 우주의 생성 과정을 알게 되면 결국 인류가 어디에서 왔고 어떻게 만들어졌는지에 대한 단서를 얻을 수 있습니다”라고 강조했습니다.</p> <p contents-hash="470be01defd79f7fd32e7b52cef5ddd94e84f029b0a00545d8ff7ed5df7dc29b" dmcf-pid="uy5RNk0HnI" dmcf-ptype="general"> 중력파를 비롯한 기초과학 연구는 오랜 시간이 지난 뒤 실생활에 영향을 주기도 합니다. 아인슈타인의 상대성이론이 오늘날 위성위치확인시스템(GPS)을 이용해 정확한 위치를 계산하는 데 활용되는 것처럼, 현재의 중력파 연구도 미래 기술의 출발점이 될 수 있습니다.</p> <p contents-hash="7fafd6364af2eeab48b163ac6aa4414c78403b8c2bad8bd70fc52529c30d9e3d" dmcf-pid="7W1ejEpXLO" dmcf-ptype="general"> 이경하 교수는 “당장 쓰임새가 명확하지 않더라도 기초과학은 새로운 기술을 만드는 실마리가 됩니다”라며 “가끔 하늘을 올려다보세요. 지금 이 순간에도 중력파는 여러분 곁을 지나가고 있을지도 몰라요!"라고 말했습니다.</p> <p contents-hash="b8a87443217c771026c0b9c6b949ed0f9d19c84c22bc569faadca58606e37ee6" dmcf-pid="zYtdADUZMs" dmcf-ptype="general"><strong>※관련기사</strong><br> 어린이과학동아 8월 1일, <strong>우주에서 온 신호, 중력파</strong></p> <p contents-hash="03fb2a1c6bbdf87d9c6aecabd50550aab0a3844014b3056605d985c1f87e5150" dmcf-pid="qGFJcwu5Lm" dmcf-ptype="general">[전하연 기자 yeon@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 지난해 이어 올해 '지콘(G-CON)'도 '역대급' 연사 예고 08-15 다음 “올라프가 눈앞에”…디즈니의 마법 뒤엔 AI·로봇 기술 있었다 08-15 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
