숫자로 보는 중력파의 발견

지구로부터 13억 광년 떨어진 어느 광활한 우주.

각각 태양 질량의 36배, 29배나 되는 거대한 블랙홀 두 개가 서로 회전하며 가까워지다...  충돌했다.

물 위에 어떤 물체가 움직이면 파동이 일어나듯, 우주에서도 질량을 가진 물체가 움직이거나, 생기거나, 

사라질 때 파동이 생기는데, 이게 바로 그 중력파.

우주 전체로 퍼져나가며, 모든 곳에 적용되는 이 중력파는 '시공간의 왜곡'으로 나타나게 되는데...

블랙홀의 충돌이 있었던 곳으로부터 13억 광년 떨어진 지구에도 원래보다 

많이 약해진 중력파가 도달했다.

아인슈타인이 101년 전 주장하고, 과학자들이 얼마 전 입증했다는 그것. 

대체 어떻게 발견할 수 있었던 걸까?

중력파를 관측한 시설 라이고(LIGO) 

두 개가 서로 떨어져 있는 거리

이번에 중력파를 관측해낸 시설은 미국 워싱턴 주 핸포드와, 

그로부터 3000km 떨어진 루이지애나 주 리빙스턴에 하나씩 설치되어 있다.

왜 이 시설이 두 개나 필요할까?

바로, 양측에서 관측한 데이터를 비교해, 가짜 신호를 구분해내고 오차를 줄이기 위해서

라이고의 넓이

라이고는 길이 4km의 튜브 두 개가 직각으로 뻗어나가는 L자형 모양이다.

내부 공간의 넓이는 8500세제곱미터.

이는 지하철 32개를 이어 붙인 것과 비슷하다.

라이고 안의 기압은 지구의 1조 분의 1

이 거대한 공간의 내부는 1조 분의 1기압. 즉, 지구 위 표면에 비해 공기가 1조 배 적다는 의미. 

지구 위에 존재하는 가장 거대한 초진공 상태의 공간이라 할 수 있다.

이렇게 철저하게 진공상태를 만든 건, 중력파 이외에 진동(지진, 주변 소음 등)이 실험에 영향을 주지 않도록 하기 위해서다.

진공 튜브 안에 설치된 두 개의 거울이
떨어져 있는 거리

1조 분의 1 기압을 유지하는 4km의 진공관.
그 양 끝에는 거울 두 개가 마주 보게 설치되어 있다.

실험은 똑같은 길이의 진공관에 레이저를 쏘아, 거울에 튕겨 돌아오는 시간을 측정하는 것. 

(평소에는 다시 돌아와 한 곳에서 만난 레이저가 상쇄되어 사라짐)

문제는 중력파가 지나갈 때, 시공간에 왜곡이 생기며 L자 두 팔의 길이가 살짝...

아주 사아알짝 늘어났다 줄어드는 현상이 일어난다는 것.

이때 변하는 거리는...

화학 원소로서의 특성을 잃지 않는 최소 입자인 '원자'. 

그 중심에 위치한 '원자핵'. 

중력파가 스칠 때 두 거울 사이가 변하는 거리는 윈자핵 지름의 ‘1000분의 1’ 정도라고

즉, 그 거대한 시설로 상상할 수 없을 만큼의 작은 변화를 캐치하여 

중력파가 실제로 존재했음을 밝혀낸 것

이번에 검출된 중력파의 최대 진폭은 
 

10의 21거듭제곱분의 1

이는 1광년(9조 5000억㎞)이라는 어마어마한 길이에 

머리카락 하나 굵기 정도의 변화가 생긴 것과 맞먹는다고 한다.