중력파는 10년 전에 처음 발견되었으며, 최근 과학자들은 가장 선명한 중력파 신호를 포착하여 스티븐 호킹의 유명한 예측을 확인했습니다. 업그레이드된 LIGO 및 기타 탐지기의 도움으로 연구자들은 10억 광년 이상 떨어진 두 블랙홀의 충돌을 관찰했습니다. 이 우주의 폭력적인 사건에 의해 생성된 시공간의 파문은 너무 정확해서 과학자들은 우주의 종처럼 진동하는 블랙홀을 "듣는다"고 스스로 묘사했습니다.
2015년 9월 14일, 과학자들은 1억 3천만 광년 떨어진 두 블랙홀의 합병으로 인한 약한 중력파 신호를 처음으로 확인했습니다. 신호는 지구에 도달하기까지 13억년 동안 우주를 여행했습니다. 중력파는 100년 전 아인슈타인이 제시한 이론적인 예측이었지만, 그 이후로 인간은 LIGO의 이중 검출기를 사용하여 실제 중력파를 기록했습니다. 2016년에 2017년 노벨 물리학상을 수상했다고 발표되었습니다.
현재 미국 핸퍼드와 루이지애나에 있는 LIGO 관측소는 이탈리아의 Virgo 탐지기, 일본의 KAGRA와 협력하여 글로벌 중력파 탐지 네트워크 LVK를 구성하고 있습니다. 지금까지 네트워크는 300개 이상의 블랙홀과 중성자별 합병 사건을 발견했으며, 2025년 관측 기간에만 무려 230개에 달하는 후보 사건이 있다는 것은 인상적인 성과이다. 이러한 발전은 모두 LIGO와 Virgo가 머리카락보다 700조 배 더 얇은 공간 교란을 감지할 수 있게 해주는 더욱 발전된 양자 정밀 장비 덕분입니다.
이번에 가장 분명한 신호는 2025년 1월 14일 블랙홀 합병 사건 GW250114에서 나온 것이다. 첫 번째 GW150914 사건과 유사하다. 두 블랙홀 모두 태양 질량의 30~40배에 달하는 질량을 갖고 있으며 지구로부터 약 13억 광년 떨어져 있다. 그러나 10년 간의 기술 발전을 거쳐 GW250114 신호는 기기 소음이 크게 감소한 후에 특히 명확하게 나타납니다.
이 신호는 1971년 호킹이 제안한 '블랙홀 면적 정리'를 테스트하기 위한 현재까지 최고의 관측 증거를 제공합니다. 이 정리는 블랙홀의 전체 표면적이 결코 감소하지 않는다는 것을 나타냅니다. 두 개의 블랙홀이 합쳐진 후에는 중력파 형태의 에너지 손실로 인해 약간이라도 표면적이 증가해야 하지만 전체 면적은 증가해야 합니다. 이번 연구를 통해 초기 블랙홀 전체 면적은 약 24만 평방킬로미터였던 것이 합병 후 약 40만 평방킬로미터로 증가한 것으로 밝혀져 호킹의 이론이 확증됐다.
합병 과정이 소위 '반향' 단계에 진입하면 새로운 블랙홀은 종소리처럼 진동합니다. 처음으로 연구자들은 이 단계를 명확하게 측정했습니다. 중력파의 다양한 주파수 패턴을 분석함으로써 최종 블랙홀 질량과 회전을 정확하게 계산하고 이를 통해 면적 변화를 계산할 수 있습니다. 추가 분석을 통해 일반 상대성 이론에 대한 매우 엄격한 테스트도 제공되었습니다.
LVK 네트워크는 또한 지난 10년 동안 중성자별 충돌(예: 2017년 유명한 금 폭발 사건), 최초의 블랙홀-중성자별 충돌, 비대칭 질량 합병, 지금까지 발견된 가장 거대한 블랙홀 충돌 등을 포함하여 수많은 우주 합병 사건을 발견했으며, 우주에 대한 인간 이해의 경계를 끊임없이 새롭게 하고 있습니다.
미래에 과학자들은 차세대 유럽의 "아인슈타인 망원경"과 미국의 "우주 탐험가" 및 기타 대규모 탐지기를 사용하여 초기 우주의 블랙홀 합병과 심지어 우주의 기원에 대한 인류의 "메아리"를 시공간 깊숙한 곳으로 밀어 넣기를 희망합니다.
"오늘은 중력파 연구의 황금시대입니다. 전 세계적인 협력을 통해 우리는 암흑 우주의 신비를 탐구할 수 있었습니다." 유럽 중력 관측소(European Gravitational Observatory) 소장인 마시모 카르피넬리(Massimo Carpinelli) 교수는 "새로운 대형 탐지기가 이미 준비 중이며 우리는 미래의 과제를 해결할 자신이 있습니다"라고 말했습니다.
/ScitechDaily에서 편집됨