중력파 검출 10주년…매료된 여대생, 중력파 연구 최전선에

작성일 08-29

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 <img alt="27일 한국중력파연구협력단이 중력파 검출 10주년을 기념해 서울 관악구 서울대에서 개최한 워크숍에서 만난 이형목 한국중력파연구협력단장(서울대 명예교수). 이 단장은 중력파 검출의 한국 과학자 참여는 세대를 넘어 천문학에 대한 한국의 관심을 키운 중요한 사례라고 평가했다. 이채린 기자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/29/dongascience/20250829101742926vgbf.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="WJYpRw7via" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/29/dongascience/20250829101742926vgbf.jpg" width="658">
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 27일 한국중력파연구협력단이 중력파 검출 10주년을 기념해 서울 관악구 서울대에서 개최한 워크숍에서 만난 이형목 한국중력파연구협력단장(서울대 명예교수). 이 단장은 중력파 검출의 한국 과학자 참여는 세대를 넘어 천문학에 대한 한국의 관심을 키운 중요한 사례라고 평가했다. 이채린 기자
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 “10년 전 한국의 과학자가 훗날 역사책에 기록될 중요한 순간에 있었던 겁니다. 한국의 중력파 연구에 큰 관심을 보여 제게 꾸준히 메일을 보내던 대학생은 어느덧 과학자로 성장해 현재 중력파 연구의 최전선에 서 있어요. 작게 뿌린 과학의 씨앗이 세대를 넘어 꽃을 피운 겁니다.” 27일 한국중력파연구협력단이 중력파 검출 10주년을 기념해 서울 관악구 서울대에서 개최한 워크숍에서 만난 이형목 한국중력파연구협력단장(서울대 물리천문학부 명예교수)은 중력파 검출이 한국 과학계에 준 영향에 대해 이렇게 말했다. 이 단장이 언급한 대학생은 이경하 성균관대 물리학과 교수다. 당시 한국 과학자의 중력파 연구 기여 소식을 들은 이 교수는 과학자들에게 꾸준히 이메일을 보내 “중력파 연구에 어떤 기여를 할 수 있는가”를 묻고 직접 찾아갔다고 했다. 이 교수는 과학자로 성장해 중력파 검출 장비를 연구 중이다.
 약 10년 전인 2015년 9월 14일 천재 과학자 알베르트 아인슈타인이 100년 전 예측한 중력파의 존재가 처음 관측됐다. 일반상대성이론을 입증하고 우주 탄생의 비밀을 탐색하는 ‘중력파 천문학’ 시대가 열리는 순간이었다. 이듬해인 2016년 2월 인류의 중력파 첫 발견을 발표한 ‘라이고 과학협력단’은 13개 국가 1000여 명으로 구성됐다. 여기에 한국인 과학자 14명이 포함됐다. 중력파란 질량을 가진 물체가 충돌하거나 합쳐지는 속도가 변하는 운동을 할 때 발생하는 ‘시공간의 파동’이다. 우주에서 가장 무거운 천체인 블랙홀 2개가 합쳐지거나 거대한 질량을 지닌 천체가 충돌할 때 중력이 우주공간으로 물결처럼 퍼져 나가는 파동이 중력파다. 아인슈타인이 중력파의 존재를 예측했지만 100년간 중력파를 관측하지 못했던 이유는 지구에서 느끼는 중력파 파동의 세기가 매우 약한 데다, 지구에서 발생하는 ‘잡음’의 방해를 받았기 때문이다. 중력파를 처음 검출한 장비는 미국의 ‘고급 레이저간섭계 중력파 관측소(LIGO·라이고)’다. 라이고는 미국 워싱턴주와 루이지애나주에 각각 있는 길이 4km에 이르는 L자형 진공터널 형태의 장비다. 같은 광원에서 나온 레이저를 분리시켜 다른 방향으로 보낸 후 다시 거울로 반사시키고 한곳으로 모아 간섭을 일으켜 미세한 파동의 변화를 감지한다. 이 교수는 "1999년 완공된 라이고는 일종의 시범운영인 '과학가동'을 끝내고 업그레이드를 거쳐 2015년 본격적인 '관측가동'을 한지 2주만에 중력파를 검출한 것"이라며 "관측가동은 과학가동에 비해 감도가 3배 차이나며 관측할 수 있는 부피는 27배 늘어난다"고 설명했다.
 2015년 라이고 과학협력단은 13억 년 전 머나먼 우주공간에서 각각 태양의 36배와 29배 질량을 지닌 블랙홀 두 개로 이뤄진 '블랙홀 쌍성'에서 충돌이 일어나며 발생한 중력파를 처음 검출했다. 이 교수는 "검출된 날 바로 소식을 들었다"면서도 크게 놀라지는 않았다고 했다. 이 교수는 "블랙홀 쌍성이 존재하는지도 불확실했지만 그동안 역학 연구에 따르면 블랙홀 쌍성은 존재하며 드물게 나타나지만 중성자별 충돌보다 감지한다. 중력파 세기가 크기 때문에 빠르게 감지될 것이라고 예상했다"고 했다. 중력파는 광학, 전파망원경 외에 인류에게 우주를 바라보는 새로운 망원경을 제공한 것과 같다. 중력파가 빛과 달리 모든 물질을 통과하면서도 통과하는 물질에 의해 왜곡되지 않기 때문이다. 중력파로 초신성 폭발, 블랙홀 충돌 등 극한 우주 현상도 관측할 수 있다. 138억 년 전 ‘빅뱅’의 중력파를 측정하면 태초의 비밀에 다가갈 수 있다. 중력파 첫 검출 이후 현재까지 관측된 중력파가 300개가 넘는다. ● 연구 최전선에 선 ‘중력파 키즈’
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 <img alt="2016년 국내 기자간담회를 가진 한국중력파연구협력단. 동아사이언스 DB" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/29/dongascience/20250829101744179mjqu.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="YFwFQkphLg" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/29/dongascience/20250829101744179mjqu.jpg" width="658">
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 2016년 국내 기자간담회를 가진 한국중력파연구협력단. 동아사이언스 DB
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 중력파 발견 당시 라이고 과학협력단의 한국 과학자들은 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 슈퍼컴퓨터를 활용해 라이고에서 얻은 데이터를 분석했다. 검출기에 기록된 데이터에서 잡음을 제거해 3분 내에 진짜 중력파 신호가 있는지 판단했다. 라이고 과학협력단에 참여하는 각 슈퍼컴퓨터 데이터를 합쳐 분석의 질을 높였다. 한국중력파연구협력단은 2003년 이 단장이 모은 작은 중력파 연구 모임으로부터 시작됐다. 이 단장은 “2000년 독일 포츠담에서 중력파 관련 심포지엄에 참여한 뒤 중력파 관측 연구를 한국에서도 시작해야 한다고 생각했다”며 “KISTI, 아태물리이론센터, 국가수리과학연구센터 등에서 큰 관심을 보여 모임 규모가 점점 커졌다”고 말했다. 2009년 9월 한국중력파연구협력단(KGWG)이 라이고 연례총회에서 연구단에 가입하며 본격적인 중력파 관측 연구가 시작됐다. 이후 이 교수는 크고 작은 중력파 관련 국제포럼을 한국에서 진행하며 영향력을 키웠다. 2016년 중력파 첫 관측이 발표됐을 때 이런 한국 과학자의 기여는 국내에서도 크게 주목받았다. 이 단장은 “한국 과학자는 라이고 과학협력단 1000여 명 중 일부였지만 한국 과학자들이 역사에 기록될 세계적인 연구에 참여했다는 점 자체가 감동을 줬던 것 같다”고 회상했다.
 이 교수는 "국내에서 블랙홀 병합 데이터를 활용해 우주의 팽창과 '허블 상수 갈등' 문제를 푸는 연구를 진행 중이다"며 "라이고 데이터는 우주론 검증 도구로 활용될 수 있다"고 설명했다. 이 교수는 라이고 같은 지상 검출기의 한계를 넘어 달에 지진계를 설치해 중력파를 관측하는 방법도 제시했다. 한국중력파연구협력단은 현재 약 100명으로 확대됐다. 이경하 성균관대 교수는 현재 라이고의 거울 코팅 연구를 진행 중이다. 이 단장은 “현재 라이고에 쓰이는 거울을 코팅함으로써 잡음을 최소화해 다양한 파형의 중력파를 찾는 과제가 가장 중요하다”며 “이경하 교수가 중력파 관측 연구의 최전선에 있는 것”이라고 설명했다. 이 단장은 한국이 우주 탐사 분야에서 새로운 분야를 개척할 수 있다고 자신했다. 그는 “10년 전 한국중력파연구협력단이 작게 뿌린 씨앗이 밀알이 돼 세대를 넘어 중력파 연구를 선도하고 있다”며 “씨앗을 계속 뿌릴 수 있도록 앞으로도 기초과학에 대한 투자가 이뤄지길 희망한다”고 말했다.
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 <img alt="미국 루이지애나주에서 본 ‘고급 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고)’. 라이고는 미국 워싱턴주와 루이지애나주에 각각 설치된 길이 4km의 ‘L’자형 진공터널이다. 사진 출처 위키미디어" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/29/dongascience/20250829101745434hdcu.jpg" data-org-width="599" dmcf-mid="GcbayzA8Ro" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/29/dongascience/20250829101745434hdcu.jpg" width="658">
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 미국 루이지애나주에서 본 ‘고급 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고)’. 라이고는 미국 워싱턴주와 루이지애나주에 각각 설치된 길이 4km의 ‘L’자형 진공터널이다. 사진 출처 위키미디어
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 [이채린 기자 rini113@donga.com]
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