우주는 보는 새로운 눈 '중력파'

By Penn State / https://www.flickr.com/photos/pennstatelive/27616355621/

중력파란 광속도로 전파하는 '시공의 잔물결'로, 아인슈타인이 일반상대성이론의 귀결로서 1916년에 그 존재를 예언했습니다. 일반상대성이론에 따르면 중력은 시공간의 왜곡으로 나타나며, 예를 들어 별 주변에서는 시공간이 왜곡되어 있습니다. 만약 이 별이 연성을 이루고 2개의 별의 중심 주위를 회전하고 있는 경우에는 시공의 변형도 시간적으로 변화해 그 영향은 연성으로부터 사방으로 퍼져나갑니다. 이것이 중력파입니다. 중력파는 초신성 폭발이나 중성자별 연성의 합체 등의 매우 강력한 현상에서 방출됩니다.

중력파는 강한 중력장에서 만들어지므로 포착한 중력파의 특성을 자세히 살펴보면 아인슈타인의 일반상대성이론이 올바른 이론인지 확인할 수 있습니다. 또 중력파의 가장 큰 특징인 투과성으로 빛이나 전파에서는 잘 보이지 않는 블랙홀이나 중성자별의 핵심에 파고들 수 있습니다. 비슷한 이유로 중력파는 우주의 탄생(빅뱅) 직후를 볼 수 있는 유일한 수단으로 기대됩니다.

1974년 Hulse와 Taylor에 의해 연성 펄서 PSR1913의 공전주기가 감소하고 있는 것이 발견되었으며, 이는 중력파 방출에 따른 에너지 감소로 인한 것으로 입증되었고 이 발견을 통해 1990년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

중력파는 두 점 사이의 거리를 변경합니다. 2점간의 거리의 변화를 정밀 계측하여 중력파를 포착할 수 있습니다. 그러나 그 효과는 매우 약한 것으로, 예를 들어 현재 노리고 있는 중력파의 진폭(무차원의 변형량을 h로 나타냄)은 h = 10^-21 정도로 태양과 지구 사이의 거리를 수소원자 1개분 변화시킬 뿐입니다. 이와 같이 미약한 변화를 검출하려면 극한의 계측기술이 필요합니다.

미국에서는 기선 길이 4km의 2대의 레이저 간섭계 LIGO를 건설했고 유럽에서는 이탈리아·프랑스 연합의 VIRGO 계획(기선 길이 3km), 독일·영국 연합의 GEO 계획(기선 길이 600m)이 진행 중입니다. 그 외 호주에서도 같은 계획(AIGO)을 가지고 있습니다.

21세기 중력파 천문학의 최종 무대는 우주공간으로, 이러한 공간을 이용한 거대 레이저 간섭계에 대해서도 실현성이나 기술적 문제의 검토를 시작했습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 重力波とは？
https://granite.phys.s.u-tokyo.ac.jp/168/168.htm#:~:text=%E3%81%BE%E3%81%9F%E3%80%81%E9%87%8D%E5%8A%9B%E6%B3%A2%E3%81%AE%E4%B8%80,%E3%81%A8%E8%80%83%E3%81%88%E3%82%89%E3%82%8C%E3%81%A6%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82