중력파 탐지기 LIGO가 3년 간의 업그레이드 끝에 다시 온라인 상태로 돌아왔습니다.

펜스테이트 물리학과 교수

Chad Hanna는 국립과학재단(National Science Foundation)과 NASA로부터 자금 지원을 받습니다.

Penn State는 The Conversation US의 창립 파트너로서 자금을 제공합니다.

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3년의 공백 끝에 미국의 과학자들은 중력파(우주를 통해 이동하는 우주 자체의 작은 잔물결)를 측정할 수 있는 탐지기를 방금 켰습니다.

광파와 달리 중력파는 우주를 채우는 은하, 별, 가스 및 먼지에 의해 거의 방해받지 않습니다. 이것은 중력파를 측정함으로써 나와 같은 천체 물리학자들이 우주에서 가장 놀라운 현상의 핵심을 직접 엿볼 수 있다는 것을 의미합니다.

2020년부터 일반적으로 LIGO로 알려진 레이저 간섭계 중력파 관측소는 몇 가지 흥미로운 업그레이드를 거치는 동안 휴면 상태에 있었습니다. 이러한 개선으로 인해 LIGO의 감도가 크게 향상되고 시공간에서 더 작은 잔물결을 생성하는 더 먼 물체를 관찰할 수 있게 됩니다.

중력파를 생성하는 더 많은 사건을 감지함으로써 천문학자들은 동일한 사건에서 생성되는 빛을 관찰할 수 있는 기회도 더 많아질 것입니다. 여러 정보 채널을 통해 사건을 관찰하는 다중 메신저 천문학이라는 접근 방식은 천문학자들에게 실험실 테스트 영역을 훨씬 넘어서는 물리학에 대해 배울 수 있는 드물고 탐나는 기회를 제공합니다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 질량과 에너지는 공간과 시간의 모양을 왜곡합니다. 시공간이 휘어지면 물체가 서로 관련하여 움직이는 방식, 즉 사람들이 중력으로 경험하는 방식이 결정됩니다.

중력파는 블랙홀이나 중성자별과 같은 거대한 물체가 서로 합쳐져 공간에 갑작스럽고 큰 변화를 일으킬 때 생성됩니다. 공간이 뒤틀리고 구부러지는 과정은 고요한 연못을 가로지르는 파도처럼 우주 전체에 파문을 보냅니다. 이 파동은 교란을 통해 모든 방향으로 퍼져나가며, 그렇게 하면서 공간을 미세하게 구부리고 도중에 있는 물체 사이의 거리를 조금씩 변경합니다.

중력파를 생성하는 천문학적 사건에는 우주에서 가장 거대한 물체가 관련되어 있지만 공간이 늘어나고 수축되는 현상은 극히 작습니다. 은하수를 통과하는 강한 중력파는 전체 은하계의 직경을 3피트(1미터)만 바꿀 수 있습니다.

1916년 아인슈타인이 처음으로 예측했지만 그 시대의 과학자들은 중력파 이론이 가정하는 거리의 작은 변화를 측정할 희망이 거의 없었습니다.

2000년경에 Caltech, MIT 및 전 세계 다른 대학의 과학자들은 본질적으로 지금까지 만들어진 자 중 가장 정확한 자인 LIGO 천문대 건설을 완료했습니다.

LIGO는 두 개의 별도 관측소로 구성되어 있는데, 하나는 워싱턴주 핸포드에 있고 다른 하나는 루이지애나주 리빙스턴에 있습니다. 각 전망대는 시설 중앙에서 서로 90도 각도로 뻗어 있는 2.5마일 길이(4km 길이)의 두 개의 팔이 있는 거대한 L 모양입니다.

중력파를 측정하기 위해 연구원들은 시설 중앙에서 L의 바닥까지 레이저를 비춥니다. 그곳에서 레이저는 분할되어 빔이 각 팔을 따라 이동하고 거울에 반사되어 바닥으로 돌아옵니다. 레이저가 빛을 발하는 동안 중력파가 팔을 통과하면 두 광선은 약간 다른 시간에 중앙으로 돌아옵니다. 이 차이를 측정함으로써 물리학자들은 중력파가 시설을 통과했다는 것을 식별할 수 있습니다.

LIGO는 2000년대 초반부터 운영을 시작했지만 중력파를 감지할 만큼 민감하지 않았습니다. 그래서 2010년에 LIGO 팀은 감도를 높이기 위한 업그레이드를 수행하기 위해 시설을 일시적으로 폐쇄했습니다. LIGO의 업그레이드 버전은 2015년부터 데이터 수집을 시작했으며 두 개의 블랙홀이 합쳐지면서 발생하는 중력파를 거의 즉시 감지했습니다.