예측과 간접 증거
1916년 알베르트 아인슈타인은 일반상대성이론의 방정식에서 질량이 가속하면 시공간에 물결이 생겨 빛의 속도로 퍼진다는 중력파를 예측했어요. 그러나 그 효과가 너무 작아 아인슈타인 자신도 검출은 불가능하리라 보았고, 한때는 중력파의 실재를 의심하기도 했어요. 1974년 러셀 헐스와 조지프 테일러는 서로 도는 두 중성자별(쌍성 펄서)의 궤도가 중력파로 에너지를 잃는 만큼 정확히 줄어드는 것을 관측해 간접 증거를 찾았고, 1993년 노벨 물리학상을 받았어요.
LIGO의 첫 검출
1970년대부터 라이너 바이스, 킵 손, 로널드 드레버 등이 레이저 간섭계로 중력파를 직접 잡자는 구상을 키웠고, 미국 워싱턴주 핸퍼드와 루이지애나주 리빙스턴에 팔 길이 4km의 LIGO 관측소가 세워졌어요. 2015년 9월 14일 두 관측소는 약 13억 광년 떨어진 곳에서 태양 질량의 약 36배와 29배인 두 블랙홀이 합쳐지며 낸 신호(GW150914)를 동시에 포착했고, 2016년 2월 발표됐어요. 이때 팔 길이 변화는 양성자 지름의 1만분의 1 정도에 불과했어요. 바이스, 배리 배리시, 손은 2017년 노벨 물리학상을 받았어요.
새로운 천문학
2017년 8월 17일에는 두 중성자별이 충돌하며 낸 중력파(GW170817)를 잡은 직후 전 세계 망원경이 같은 곳에서 감마선과 빛을 관측해, 금·백금 같은 무거운 원소가 이런 충돌(킬로노바)에서 만들어진다는 증거를 얻었어요. 빛과 중력파를 함께 보는 '다중 신호 천문학'이 열린 순간이었죠. 지금은 LIGO, 유럽의 비르고, 일본의 KAGRA가 함께 관측하며 수백 건의 사건을 찾았고, 2030년대에는 우주 간섭계 LISA가 발사될 예정이에요. 중력파는 빛이 빠져나오지 못하는 초기 우주와 암흑물질 연구에도 새 창이 될 것으로 기대돼요.
자주 묻는 질문
- 중력파가 지구를 지나가면 느낄 수 있나요?
- 아니에요. 지구에 도달할 때쯤에는 변형이 너무 작아 초정밀 레이저 간섭계로만 측정할 수 있어요.
- 중력파와 중력의 차이는 무엇인가요?
- 중력은 질량이 시공간을 휘게 하는 효과이고, 중력파는 그 휘어짐이 변할 때 생기는 물결이 퍼져 나가는 현상이에요.
출처 검토일: 2026-10-26
참고문헌
- Einstein, A. (1916). Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation. Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften, 688–696.
- Abbott, B. P., et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). (2016). Observation of gravitational waves from a binary black hole merger. Physical Review Letters, 116, 061102.
- Abbott, B. P., et al. (2017). GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral. Physical Review Letters, 119, 161101.