2015년 9월14일. 물리학자 알베르트 아인슈타인이 중력파의 존재를 이론적으로 예견한 지 100년이 다 되어가던 해에 중력파 신호가 검출됐다. 5개월 간에 검증작업을 거친 뒤인 2016년 2월12일. 미국 국립과학재단(NSF)의 중력파 관측소 '라이고'(LIGO)의 데이비드 라이체 교수는 "우리는 중력파를 검출했습니다. 우리는 해냈습니다!"라고 발표했다.
중력파는 우주 대폭발(빅뱅)이나 블랙홀 생성처럼 거대한 질량을 지닌 천체가 충돌하거나 합쳐지면서 발생한 강한 중력이 우주공간으로 물결처럼 퍼져 나가는 파동이다. 이번에 '라이고'(LIGO)가 검출한 중력파는 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성이 충돌하는 과정에서 관측됐다.
이번 중력파의 최초 검출은 100년간 인류가 도전해왔으나 성공하지 못했던 과학적 발견에 종지부를 찍는 역사적인 사건이 됐다. '중력파 천문학'이란 새로운 학문의 지평도 열었다. 이는 인류가 우주를 바라보는 새로운 창을 가지게 됨을 의미하는 것이다.
인류는 지난 50여년 동안 중력파의 존재를 증명하기 위해 부단히 노력했다. 전 지구적으로 중력파 검출기를 건설하고 거대 실험 프로젝트들을 이어왔다.
중력파 검출을 위한 첫 도전은 메릴랜드대학교의 조지프 웨버가 시작했다. 그는 1960년 '웨버 바'라고 불리는 중력파 검출기를 제작하고 실험했다. 결국 웨버의 실험은 실패로 판결됐으나 세계 곳곳에서 중력파 실험 그룹이 생겨나기 시작했다. 중력파를 검출한 라이고 프로젝트는 1983년 첫 삽을 뜬 지 30여년 만에 결과를 만들어냈다. 라이고는 2002년 첫 과학가동을 시작한 이후 정밀성을 높이기 위해 수차례 기기상 기술적 업드레이드를 거쳤다.
라이고가 중력파를 검출하는 것은 '건초더미에서 바늘 찾기'로 비유되곤 한다. 초기 라이고 시기에서 예견한 중력파 검출기의 검출 기대율은 우리 은하의 초신성 폭발의 경우 100년에 1~3개였다. 대략 3억 광년 거리의 블랙홀 쌍성계에서 방출하는 중력파는 약 1년 당 1개~1000년 당 1개꼴이었다.
이 낮은 확률을 포착하기 위해 라이고 과학협력단이 꾸려졌다. 전세계 수많은 광학천문대, 중성미자 검출 실험단, X-선, 감마선 관측소와 위성 연구단 등과 협력체계를 구축한 것. 일반인들의 참여도 이뤄졌다. 누구나 자신의 컴퓨터 자원을 기부하여 중력파 데이터의 분석에 참여할 수 있는 '아인슈타인 앳 홈 프로젝트'를 통해서다. 우리나라에서도 수년 전 '코리아 앳 홈' 프로젝트를 시도한 바 있다. 아인슈타인 앳 홈 프로젝트는 실제 라이고의 다섯 번째 과학가동 분석에 사용됐는데 이 결과로 출간된 논문은 계산자원의 자발적 기부가 과학적 발견에 기여한 최초의 사례가 됐다.
책은 아인슈타인이 예측한 중력파와 그 중력파의 직접적인 검출을 위해 수십 년간 인류가 기울인 노력을 소개하고 있다. 국내에선 처음으로 중력파와 관련된 자세하고 직접적인 소개도 전하고 있다.
◇중력파, 아인슈타인의 마지막 선물=오정근 지음. 동아시아 펴냄. 292쪽/1만6000원.