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중력파 직접 검출 어떤 방식으로 이뤄졌나


중력파 직접 검출 어떤 방식으로 이뤄졌나

중력파 직접 검출 어떤 방식으로 이뤄졌나 - 1

(샌프란시스코=연합뉴스) 임화섭 특파원 = 11일(현지시간) 고급레이저간섭계중력파관측소(라이고·LIGO)가 발표한 중력파 검출 실험 장치는 기본적으로 매우 정밀한 레이저 측정장치다.

만약 블랙홀 충돌 등으로 매우 강한 중력파가 발생하면 퍼져 나가면서 시공간에 파동을 일으킬 것이며, 이 때문에 매우 미세한 거리의 변화가 일어나 레이저 간섭계로 탐지할 수 있으리라는 것이 1980년대에 처음 제안된 라이고 실험의 기본 개념이었다.

다만, 중력파로 인한 미세한 거리 변화를 측정하려면 매우 정밀한 측정 장치가 필요하다.

라이고 실험의 핵심은 레이저를 서로 수직인 두 방향으로 분리시켜 보낸 후 반사된 빛을 다시 합성해 경로 변화를 측정하는 방식으로 시공간의 뒤틀림을 측정하는 것이다.

빛은 파동이기 때문에 이런 식으로 경로가 갈라졌다가 다시 합성되면 위상이 어긋나면서 생기는 간섭(干涉·interference) 현상을 탐지할 수 있다.

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실험 장치는 한 변의 길이가 4km인 'L'자 모양으로 생겼다. 'L'자의 두 변이 만나는 모서리 부분에서 발사된 빛이 90도 각도로 갈라졌다가 두 변의 끝 부분에서 각각 반사돼 다시 돌아오도록 하는 장치다.

원리는 간단한 것 같지만, 매우 정밀한 기기이기 때문에 실제 제작과 운영은 매우 까다롭다. 일단 외부 영향으로부터 철저히 격리돼야 하므로 진동을 차단하고 진공을 만들어야 하는 것은 기본이다. 또 둥근 지구 위에 설치되어 있으므로 그 곡률에 따른 보정도 필요하다.

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L자 모양의 변은 길이 4km, 지름 1.2 m인 길다란 강철 관으로, 그 속은 진공이며 밖에는 너비 3m, 높이 4m인 콘크리트 보호 터널이 설치돼 있다.

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연구진은 이런 검출기를 두 대 만들어 서로 약 3천km 떨어진 미국 루이지애나 주 리빙스턴과 워싱턴 주 핸퍼드에서 설치한 후 동시에 가동했다. 가짜 신호와 진짜 신호를 구분하고, 미세한 시차를 이용해 파원의 방향을 추정하기 위해서다.

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라이고 연구 그룹은 2002∼2010년 제1세대 검출기 가동과 연구를 한 후 약 5년간 기기 개선 작업을 거쳐 작년 9월부터 제2세대 '고급 라이고'(advanced LIGO) 검출기를 가동하기 시작했다.

현재 라이고 검출기의 감도는 중성자별 충돌의 경우 약 10억 광년, 블랙홀 충돌의 경우 약 30억 광년 거리에서 일어나는 현상을 검출할 수 있는 수준이라는 게 연구진의 설명이다.

이번 첫 중력파 검출은 13억 광년 거리에서 일어난 블랙홀 두 개의 충돌로 약 0.15초간 강력한 중력파가 발생해 우주 공간으로 퍼져 나간 것이 이번에 포착된 것이다.

solatido@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2016/02/12 02:38 송고

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