블랙홀 연구와 중력 파동 관측 기술 발전 사례

 

블랙홀과 관련된 이론 중 아인슈타인의 유명한 공식 E=mc^2 이 있다. 질량(m) x 빛의 속도(c) = 에너지(E) 라는 뜻이다. 하지만 이러한 식만으로는 설명되지 않는 부분들이 존재한다. 예를 들어 우리가 알고 있는 모든 물질은 원자핵과 전자로 이루어져있는데, 원자는 양성자와 중성자로 구성되어있다. 그리고 핵 속에는 쿼크라는 입자가 있고, 이것들을 이어주는 매개체가 바로 글루온이라는 입자이다. 그렇다면 과연 이렇게 무거운 입자인 광자가 어떻게 만들어졌을까? 또한 우주 전체의 질량 대부분을 차지한다고 알려진 암흑물질은 어떤 형태이고 어디에 있을까? 최근 과학자들은 빅뱅 이후 약 38만년 후 발생한 초대질량 블랙홀이 시간이 지나면서 점점 작아져 현재 크기인 태양계만한 크기로 줄어들었다고 주장했다. 이번 발표에서는 초거대질량 블랙홀 주변에서 새로운 중력파 신호를 발견했다고 밝혔다. 이를 통해 그동안 베일에 싸여있던 우주의 비밀을 풀 수 있을지 기대된다.

 

중력파는 무엇인가요?
중력파란 시공간의 일그러짐으로부터 나오는 물결 같은 파형을 말한다. 1915년 알버트 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하면서 처음 예측하였고, 1964년 미국의 두 천문학자가 전파망원경을 이용해서 최초로 검출하였다. 이때 탐지된 중력파의 진동수는 920Hz였다. 그러나 실제로 지구 대기권 밖에서 강한 중력파가 감지되기까지는 100년 이상의 시간이 걸렸다. 지난 2016년 4월 14일 유럽남방천문대의 VLBI 망원경이 칠레 북부 아타카마 사막에 설치된 라 실라 천문대의 대형전파망원경 2개로부터 동시에 온 강력한 중력파를 포착하는데 성공했다. 이로 인해 지금까지 알려지지 않았던 ‘암흑에너지’의 정체를 밝힐 수 있게 되었다.

초대형 천체란 무엇인가요?
우주 공간에 떠있는 거대 구조물로서 은하 중심부나 은하단 내에 위치하며 별 생성 및 소멸 등 여러 가지 물리적 현상을 일으키는 천체를 말한다. 대표적인 예가 퀘이사다. 퀘이사는 1억 5천만 광년 떨어진 곳에서도 맨눈으로 관찰될 만큼 매우 밝은 천체이며, 지름이 수십~수백 km에 이르는 거대한 가스 덩어리라고 한다. 특히 적색편이가 큰 편이어서 멀리서도 쉽게 찾을 수 있다. 따라서 초기 우주 형성 과정에서의 진화과정을 밝히는 데 도움을 줄 수 있다고 한다.

빅뱅 직후 일어난 사건이란 무엇인가요?
우주가 탄생한 지 얼마 지나지 않은 시점에 엄청난 폭발이 일어났는데, 이를 빅뱅이 일어남과 동시에 생긴 사건이라고 하여 '빅뱅 직후 사건'이라고 부른다. 당시 대폭발 때 만들어진 에너지는 아직 남아 있으며, 오늘날까지도 계속 방출되고 있다. 그래서 먼 미래에 다시 한 번 커다란 폭발이 일어날 경우 그때 나온 에너지 역시 모두 소진되는 것이 아니라 어딘에에 쌓여 있다가 나중에 다른 일에 쓰일 수 있다는 것이다. 만약 그렇게 된다면 앞으로 몇 억 년 안에 인류 문명이 멸망하게 될지도 모른다.