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중력파

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목차

1. 개요

중력파는 질량이 가속 운동할 때 발생하는 시공간의 파동으로, 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측되었다. 1970년대 조셉 웨버의 실험은 실패했지만, 1993년 헐스-테일러 쌍성 펄사의 궤도 감쇠 관측을 통해 중력파의 존재를 간접적으로 확인했다. 2016년 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)가 블랙홀 병합으로 인한 중력파를 직접 검출하는 데 성공했으며, 2017년에는 이중 중성자별의 병합으로 발생한 중력파를 최초로 감지했다. 중력파는 초기 우주, 암흑 물질, 암흑 에너지 연구에 기여할 수 있으며, 중력파 천문학은 전자기파로 관측하기 어려운 천체 현상에 대한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

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중력파
개요
GW150914
GW150914에서 감지된 중력파 신호.
유형파동
분야일반 상대성 이론
원인가속하는 질량, 특히 이중성계의 합병과 같은 사건
예측1916년 알베르트 아인슈타인
발견2015년 9월 14일 (직접 검출)
LIGO 및 Virgo 협력
기호h
특성
속도광속
전파 매질필요 없음 (시공간 자체의 진동)
상호 작용매우 약함 (검출하기 어려움)
효과물체 간의 상대적 거리 변화
생성 메커니즘
이중성계블랙홀 쌍성
중성자별 쌍성
초신성 폭발비대칭적 폭발 시
기타초기 우주의 급격한 팽창
검출 방법
레이저 간섭계LIGO, Virgo, KAGRA
중력파 천문학다양한 천체 현상 연구
역사적 맥락
이론적 예측1905년: 앙리 푸앵카레 (이름 명명)
1916년: 알베르트 아인슈타인 (존재 예측)
실험적 검증 노력1960년대: 조지프 웨버 (공명 막대 검출기 개발)
1974년: 러셀 헐스와 조지프 테일러 (이중성계 PSR B1913+16 관측을 통한 간접적 증거 확인)
직접 검출 성공2015년 9월 14일: LIGO (GW150914 신호 검출)
추가 검출2017년 8월 17일: LIGO와 Virgo (중성자별 충돌에 의한 중력파 GW170817 검출)
2021년 1월: LIGO와 Virgo (블랙홀과 중성자별의 합병에 의한 중력파 검출)
중요성
새로운 천문학 분야 개척중력파 천문학
일반 상대성 이론 검증극한의 중력 환경에서 이론 검증 가능
우주 연구블랙홀, 중성자별 등 연구

2. 역사

올리버 헤비사이드는 1893년 중력과 정전기력 공식(역제곱 법칙)의 유사성에 착안하여 중력파의 존재 가능성을 처음으로 제시하였다.[128] 1905년 앙리 푸앵카레는 로런츠 변환에 따라 중력파가 빛의 속력으로 전파되며, 전기 전하가 가속하여 전자기파를 발생시키는 것처럼 질량이 가속하여 중력파가 발생한다고 더 구체적으로 제안하였다.[128][131]

알베르트 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 발표하고 1916년 자신의 중력장 방정식(아인슈타인 방정식)을 기반으로 중력파 이론을 정립하였다.[129] 그러나 초기에는 좌표 선택 문제 등으로 학계에 혼란이 있었고, 아인슈타인 자신도 1936년 네이선 로젠과 함께 중력파가 존재하지 않는다는 결론을 일시적으로 내리기도 하였다. 1956년 펠릭스 피라니가 좌표 선택 문제를 해결하고,[131] 1960년대까지 중력파가 실제로 에너지를 전달한다는 이론이 발전하면서 중력파의 실재성이 점차 인정받았다.[131]

1970년 조셉 웨버가 웨버 막대를 이용한 중력파 검출 실험을 시도했으나, 이는 실패로 끝났다.[131] 1974년 러셀 헐스와 조지프 테일러는 헐스-테일러 쌍성 펄사(PSR B1913+16)의 궤도 감쇠 현상을 통해 중력파의 존재를 간접적으로 확인하였고, 이 공로로 1993년 노벨 물리학상을 수상하였다.[132][133][134][131]

2016년 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)가 블랙홀 쌍성 충돌에서 발생한 중력파를 직접 검출하는 데 성공하였고,[132][133][134][131] 라이너 바이스, 배리 배리시, 킵 손이 2017년 노벨 물리학상을 수상하였다.[132][133][134][131]

3. 중력파의 성질



알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 중력은 시공간의 휨에 의해 발생한다. 질량을 가진 물체가 시공간에서 이동하면 시공간의 곡률이 변하고, 가속운동을 하면 이 변동이 파동 형태로 전파되는데, 이를 중력파라고 한다. 중력파의 속도는 빛(전자기파)의 속도와 같다.

음파가 공기를 압축·확장하듯이 중력파는 공간을 수축 및 팽창시킨다. 중력파가 관찰자를 지나갈 때, 물체 사이의 거리는 파동의 주파수와 동일한 주파수로 규칙적으로 증가하고 감소한다. 이러한 효과의 크기는 원점으로부터의 거리에 반비례한다.[9]

쌍성 중성자별은 서로 궤도 운동하면서 매우 큰 가속도를 가지기 때문에, 중성자별 합병으로 중력파의 강력한 원천이 될 것으로 예측된다. 그러나 지구에서 측정될 때의 효과는 매우 작을 것으로 예상되며, 1020분의 1 미만의 변형률을 가질 것으로 예상된다.

중력파는 물질과 강하게 상호작용하지 않기 때문에[68] 광학 망원경이나 전파 망원경으로는 관찰할 수 없는 현상을 관찰할 수 있게 해준다. 따라서 중력파 천문학은 우주에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.[68] 특히, 중력파는 재결합 이전의 초기 우주를 관찰할 수 있는 유용한 수단이다.[12] 중력파를 정확하게 측정하면 과학자들이 일반 상대성 이론을 더 철저하게 검증할 수 있다.

중력파는 에너지, 운동량, 각운동량을 전달한다.[68] 예를 들어, 쌍성계는 두 천체가 서로를 향해 나선형으로 접근함에 따라 각운동량을 잃게 되는데, 이 각운동량은 중력파에 의해 방출된다. 또한, 파동은 선형 운동량을 운반할 수 있으며, 두 개의 초대질량 블랙홀이 합쳐진 후, 선형 운동량 방출로 인해 최대 4000km/s의 "킥"이 발생할 수 있다. 이는 합쳐진 블랙홀을 모은 은하에서 완전히 방출하기에 충분히 빠른 속도이다.[70]

전자기파처럼, 중력파도 도플러 효과와 우주 팽창으로 인해 파장 이동과 주파수 변화를 보인다.[68][73]

중력파는 거대한 질량을 가진 천체가 광속에 가까운 속도로 운동할 때 강하게 발생한다. 블랙홀, 중성자별, 백색 왜성 등이 쌍성계를 형성하면, 중력파에 의해 에너지를 방출하면서 최종적으로 합체한다고 생각된다.

3. 1. 양자 중력, 중력자

양자장론에서 중력자는 중력을 매개하는 것으로 추정되는 가상의 기본 입자이다. 그러나 중력자는 아직 그 존재가 증명되지 않았으며, 중력을 설명하는 일반 상대성 이론과 다른 모든 기본적인 힘을 설명하는 표준 모형을 성공적으로 조화시키는 과학적 모형은 아직 존재하지 않는다. 양자 중력과 같은 시도가 있었지만 아직 받아들여지지 않고 있다.

만약 이러한 입자가 존재한다면, 질량이 없고(중력의 범위가 무제한인 것으로 보이기 때문에) 스핀 2의 보손일 것으로 예상된다. 질량이 없는 스핀 2의 장은 중력과 구별할 수 없는 힘을 발생시킨다는 것을 보일 수 있는데, 이는 질량이 없는 스핀 2의 장이 중력장이 하는 것과 같은 방식으로 응력-에너지 텐서와 결합(상호작용)해야 하기 때문이다. 따라서 질량이 없는 스핀 2의 입자가 발견된다면, 다른 질량이 없는 스핀 2의 입자와 구별하지 않고 중력자일 가능성이 높다.[74] 이러한 발견은 양자 이론과 중력을 통합할 것이다.[75]

4. 중력파원

알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 중력파는 질량을 가진 물체가 가속 운동을 할 때 발생하는 시공간의 곡률 변동이 파동 형태로 전파되는 현상이며, 빛의 속도와 같다.[56] 특히 비대칭적인 운동이 중요하게 작용한다.

중력파는 물질과 강하게 상호작용하지 않기 때문에[68] 광학 망원경이나 전파 망원경으로는 관찰할 수 없는 우주의 현상을 관찰할 수 있게 해준다. 따라서 중력파 천문학은 우주에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.[68]

예상되는 중력파원은 다음과 같다.

중력파원설명
두 개의 천체에 의한 준 케플러 운동쌍성계의 천체로부터 중력파 방출이 기대된다. 특히, 쌍성 중성자별, 쌍성 블랙홀(또는 중성자별과 블랙홀의 쌍성계)의 스파이럴 운동 및 최종적인 합체 단계에서 발생하는 중력파는 지상 레이저 간섭계에서의 중력파 검출의 중요한 후보이다.
콤팩트하고 매우 무거운 별의 비구면 대칭 진동중성자별·백색 왜성과 같이 콤팩트하고 매우 무거운 별의 비구면 대칭 진동에서 중력파가 방출된다. 블랙홀 형성 시 물질이 빨려 들어갈 때 발생하는 특징적인 감쇠 진동(Quasi-normal mode|블랙홀 준고유 진동영어)도 중력파를 방출한다.
비구면 대칭 초신성 폭발회전하는 초신성 폭발에서는 운동의 비대칭성으로 인해 중력파 방출이 기대된다.
인플레이션 우주 모델 등의 초기 우주의 흔적모델에 따라, 우주의 상전이에서 발생하는 거품 구조의 충돌 등의 현상으로 중력파가 발생할 가능성이 있으며, 배경 중력파로 존재할 것으로 생각된다.



선형 편광된 중력파

4. 1. 쌍성계



쌍성 중성자별, 쌍성 블랙홀, 중성자별과 블랙홀 쌍성계 등은 강력한 중력파원이다. 쌍성계는 중력파를 방출하면서 에너지를 잃고, 점차 궤도 반경이 줄어들어 최종적으로 합병한다.

백색 왜성과 중성자별과 같은 압축별은 쌍성의 구성 요소가 될 수 있다.[57][58] 예를 들어, 189000km 간격으로 원형 궤도를 도는 두 개의 태양 질량 중성자별 쌍성은 1,000초의 공전 주기를 가지며, 예상 수명은 약 414,000년이다. 이 범위의 공전 주기를 가진 훨씬 더 많은 백색 왜성 쌍성이 존재한다. 백색 왜성 쌍성은 태양 질량에 달하는 질량과 지구 크기의 직경을 가지고 있다. 10000km보다 훨씬 더 가까워지면 별 충돌을 일으켜 초신성으로 폭발하며, 이는 중력파 방출을 종료시킨다. 그 전까지는 그들의 중력 복사가 중성자별 쌍성의 중력 복사와 비슷할 것이다.

중성자별 쌍성의 궤도가 1890km로 붕괴되면 남은 수명은 약 130,000초, 즉 36시간이다. 공전 주파수는 시작 시 초당 1회 궤도에서 합병 시 궤도가 20km로 줄어들 때 초당 918회 궤도로 변동한다. 방출되는 대부분의 중력 복사는 공전 주파수의 두 배가 될 것이다. 합병 직전에는 그러한 쌍성이 충분히 가까이 있다면 LIGO에서 스파이럴을 관측할 수 있다. LIGO는 수십억 년에 달하는 총 궤도 수명 중 이 합병을 관측할 시간이 몇 분밖에 없다. 2017년 8월, LIGO와 Virgo는 GW170817에서 최초의 이중 중성자별 스파이럴을 관측했으며, 70개의 관측소가 협력하여 40Mpc 떨어진 NGC 4993 은하에서 전자기적 대응체인 킬로노바를 감지하여 합병 후 몇 초 만에 짧은 감마선 폭발 (GRB 170817A)을 방출하고, 이어서 r-과정 핵에 의해 구동되는 더 긴 광학 과도 현상 (AT 2017gfo)을 감지했다. Advanced LIGO 검출기는 최대 200Mpc 떨어진 곳에서 이러한 이벤트를 감지할 수 있으며, 이 범위에서 연간 약 40건의 감지가 예상된다.[62]

블랙홀 쌍성은 나선 궤도, 병합 및 링다운 단계에서 중력파를 방출한다. 1990년대 초 물리학계는 쌍성 블랙홀 그랜드 챌린지 얼라이언스를 통해 이러한 시스템에서 발생하는 중력파의 파형을 예측하기 위한 공동 노력을 기울였다.[63] 방출의 가장 큰 진폭은 병합 단계에서 발생하며, 이는 수치 상대성 이론의 기술로 모델링할 수 있다.[64][65][66] 중력파의 첫 번째 직접 감지인 GW150914는 두 블랙홀의 병합에서 비롯되었다.

특히, 쌍성 중성자별 또는 쌍성 블랙홀(또는 중성자별과 블랙홀의 쌍성계)의 스파이럴 운동, 그리고 이들의 최종적인 합체 단계에서 발생하는 중력파는 지상 레이저 간섭계에서의 중력파 검출의 중요한 후보이다. 쌍성계가 중력파 방출에 의해 궤도 반경을 작게 해 가는 운동을 인스파이럴 운동이라고 한다.

4. 2. 콤팩트 별의 진동

백색 왜성이나 중성자별과 같이 콤팩트하고 매우 무거운 별이 비구면 대칭으로 진동하면 중력파가 방출된다. 또한, 블랙홀이 형성될 때 물질이 빨려 들어가면서 발생하는 특징적인 감쇠 진동(준고유 진동)도 중력파를 방출하는데, 이를 Quasi-normal mode|블랙홀 준고유 진동영어이라고 한다.[67] 여러 백색 왜성의 진동에 의한 중력파는 합성되어 노이즈처럼 관측될 수 있을 것으로 예상되며, 이는 우주 공간 레이저 간섭계를 이용한 중력파 검출에서 고려되고 있다.

4. 3. 초신성 폭발

회전을 가지는 초신성 폭발에서는 운동의 비대칭성으로 인해 중력파 방출이 기대된다.[3] 초신성은 여러 방식으로 발생할 수 있지만, 모든 경우 별의 물질 상당 부분이 극도로 빠른 속도(광속의 최대 10%)로 주변 공간으로 날아간다.[3] 이러한 폭발에서 완벽한 구면 대칭이 존재하지 않는 한 (즉, 모든 방향으로 물질이 균등하게 뿜어져 나오지 않는 한) 폭발에서 중력파가 발생한다.[3] 이는 중력파가 변하는 사중극 모멘트에 의해 생성되기 때문이며, 이는 질량의 비대칭적인 움직임이 있을 때만 발생할 수 있다.[3] 초신성 폭발은 중력파 파원으로서 유력하지만, 발생 빈도는 쌍성계의 합체 등보다 적다고 생각된다.[3]

4. 4. 초기 우주

인플레이션 우주 모델 등 초기 우주에서 발생한 중력파는 배경 중력파로 존재할 것으로 생각되고 있다.[79] 중력은 물질과의 결합이 약하기 때문에, 중력파는 천문학적 거리를 이동하더라도 흡수나 산란이 거의 일어나지 않는다. 따라서, 원칙적으로 중력파는 아주 초기 우주에 대한 풍부한 관측 데이터를 제공할 잠재력을 가지고 있을 것으로 예상된다.

5. 중력파 검출

중력파 검출은 매우 작은 시공간 왜곡을 측정해야 하므로 매우 어렵다. 1년에 몇 차례 정도의 중력파를 관측하려면, 이하의 작은 시공간 왜곡을 검출해야 한다.[119] 이는 지구와 태양과의 거리(천문 단위 = 약 1억 5000만 킬로미터 ≒ )에 대해 = 의 변화량에 불과하다.

중력파는 쉽게 감지되지 않는다. 지구에 도달했을 때 변형률의 진폭은 약 10−21로 매우 작아, 극도로 민감한 검출기가 필요하며 다른 잡음원들이 신호를 압도할 수 있다.[92] 중력파는 10−16 Hz < *f* < 104 Hz 범위의 주파수를 가질 것으로 예상된다.[93]

헐스-테일러 관측은 중력파에 대한 간접적인 증거만 제공한다. 보다 결정적인 관측은 지나가는 중력파의 효과를 직접 측정하는 것이며, 이는 중력파를 발생시킨 시스템에 대한 더 많은 정보를 제공할 수 있다. 이러한 직접적인 검출은 파동이 감지기에 미치는 영향이 극도로 작다는 점 때문에 복잡하다. 구면파의 진폭은 소스에서 거리의 역수에 따라 감소한다. 따라서, 병합하는 쌍성 블랙홀과 같은 극단적인 시스템에서 나오는 파동조차 지구에 도달할 즈음에는 매우 작은 진폭으로 감소한다. 천체 물리학자들은 지구를 통과하는 일부 중력파가 ''h'' ≈ 10−20 정도로 클 수 있지만, 일반적으로 이보다 크지 않을 것으로 예상한다.[94]

단일 감지기로는 중력파 소스의 방향을 식별하기 어렵기 때문에, 여러 감지기를 사용하여 신호의 기원을 확인하고 삼각 측량을 통해 방향을 결정한다. 이 기술은 파동이 광속으로 이동하며 소스 방향에 따라 서로 다른 시간에 서로 다른 감지기에 도달한다는 사실을 이용한다. 도착 시간의 차이가 불과 몇 밀리초에 불과하더라도 파동의 기원 방향을 상당한 정밀도로 식별하기에 충분하다.

GW170814의 경우, 세 개의 감지기가 작동 중이었기 때문에 방향이 정확하게 정의되었다. 세 기기에서 감지된 신호로 소스 위치를 추정했고, 90% 신뢰 영역은 60 deg2로 이전보다 20배 더 정확했다.[76]

5. 1. 간접적 검출

1974년 러셀 헐스와 조지프 테일러는 쌍성 펄서 PSR B1913+16을 발견하고 그 자전 주기와 펄스 방출 주기를 정밀하게 측정하여 궤도 주기가 점차 짧아지고 있음을 밝혀냈다.[88] 이 현상은 중력파를 통해 에너지가 외부로 방출되어 일어난다고 여겨지며, 그 주기 감소율은 일반 상대성 이론의 예측값과 오차 범위 내에서 일치했다. 이 업적으로 두 사람은 "중력 연구의 새로운 가능성을 연 신형 쌍성 펄사의 발견"으로 노벨 물리학상(1993년)을 수상했다.[88]

헐스-테일러 쌍성(Hulse–Taylor binary)은 별 두 개로 이루어져 있으며 그 중 하나는 펄서이다.[86] 각 별의 질량은 약 이고 궤도 크기는 지구-태양 궤도의 약 1/75로, 우리 태양 지름의 불과 몇 배 정도 크다. 더 큰 질량과 더 작은 간격의 조합은 헐스-테일러 쌍성에서 방출되는 에너지가 지구-태양계에서 방출되는 에너지보다 훨씬 클 것이라는 것을 의미하며, 대략 1022배 더 많다.

쌍성계가 에너지를 잃으면 별들은 점차 서로 가까워지고 궤도 주기가 감소한다. 그 결과 각 별의 궤적은 반경이 감소하는 나선형인 강착 궤도이다. 일반 상대성 이론은 이러한 궤적을 정확하게 설명하며, 특히 중력파로 방출되는 에너지는 연속적인 근점(두 별이 가장 가까워지는 지점) 사이의 시간 간격으로 정의되는 주기 감소율을 결정한다. 헐스-테일러 펄서의 경우, 예측된 현재 반경 변화는 궤도당 약 3mm이고, 7.75시간의 주기 변화는 연간 약 2초이다. 중력파와 일치하는 궤도 에너지 손실을 보여주는 예비 관측에 따라,[29] 테일러와 조엘 와이스버그의 정밀한 시간 관측은 예측된 주기 감소를 10% 이내로 극적으로 확인했다.[29] 펄서 발견 이후 30년 이상의 타이밍 데이터를 통해 통계가 개선되었으며, 현재 궤도 주기의 관측된 변화는 일반 상대성 이론에 의해 가정된 중력파 복사 예측과 0.2% 이내로 일치한다.[87] 이 쌍성계의 수명은 현재부터 합병까지 수억 년으로 추정된다.[89]

5. 2. 직접적 검출

2016년 2월, 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)는 13억 광년 떨어진 곳에서 두 블랙홀이 결합하며 발생한 중력파를 직접 검출하였다고 발표하였다.[135][136][137][138] 이는 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 발표한 지 1세기 만의 일이다.

워싱턴주 핸포드(좌)와 루지애너주 리빙스턴(우)의 LIGO 검출기에 의한 중력파 측정값과 이론 예측값 비교.


GW150914로 명명된 이 중력파는, 남반구의 마젤란 은하 방향(하지만 훨씬 더 멀리)에서 발생하여, 리빙스턴과 핸포드에 있는 두 LIGO 검출기에서 7밀리초의 시간 차이를 두고 감지되었다. 신호는 35 Hz에서 250 Hz로 주파수가 증가했으며, 0.2초 동안 강도가 증가했다.[35] 이 신호는 5 시그마 이상([35] 즉, 동일한 결과를 보일 확률이 99.99997%)의 영역에서 관측되어, 통계 물리학의 실험에서 증거로 간주될 수 있을 만큼 충분히 발견될 가능성이었다.[111]

이후 LIGO와 Virgo는 여러 차례 중력파를 추가로 검출하였다.

2017년 10월 16일, LIGO와 Virgo는 GW170817에서 이중 중성자별 병합으로 발생한 중력파를 최초로 감지했다. 이 사건은 70개의 관측소가 협력하여 전자기적 대응체인 킬로노바를 감지하고, 병합 후 몇 초 만에 짧은 감마선 폭발 (GRB 170817A)과 더 긴 광학 과도 현상 (AT 2017gfo)을 감지했다.[112][113]

2021년에는 LIGO와 VIRGO 검출기에 의해 최초로 두 개의 중성자별-블랙홀 이진계가 감지되었다.[8]

5. 2. 1. 검출기

중력파 검출기도 참조

중력파 검출은 매우 어렵다. 중력파를 발생시키는 천체 현상의 빈도도 확실하지 않다. 1년에 몇 차례 정도의 중력파를 현재의 레이저 간섭계 장치로 관측하려면, 중력파의 전형적인 진폭으로서 매우 작은 시공간의 왜곡을 검출할 필요가 있다.[119] 이는 지구와 태양과의 거리(천문 단위 = 약 1억 5000만 킬로미터)에 대해 매우 작은 변화량에 불과하다.

간섭계형 검출기로는 감지할 수 없는 약 10Hz 이하의 저주파 중력파를 감지할 수 있다는 특징이 있다. 수평으로 매달린 막대형 질량의 회전을 통해 중력파 관측을 시도하는 장치이다.[122]

6. 중력파 천문학

중력파는 전자기파로 관측하기 어려운 천체 현상을 연구하는 새로운 수단을 제공한다. 블랙홀, 중성자별 등 콤팩트 천체의 질량, 스핀, 거리 등을 중력파 관측을 통해 측정할 수 있다.[77][78] 중력파는 광학 망원경이나 전파 망원경과 같은 전통적인 수단으로는 관찰할 수 없는 우주의 현상들에 대한 정보를 제공한다.[68]

중력파는 물질과 강하게 상호작용하지 않기 때문에 흡수나 산란이 거의 없이 천문학적 거리를 이동한다.[68] 특히, 중력파는 아주 초기 우주의 불투명함에 영향을 받지 않을 것으로 예상된다. 따라서 중력파는 아주 초기 우주에 대한 풍부한 관측 데이터를 제공할 잠재력을 가지고 있다.[79]

재결합 이전에는 우주가 전자기파에 불투명했기 때문에, 기존의 천문학으로는 초기 우주를 관찰하는 것이 불가능했다.[12] 그러나 중력파를 통해 초기 우주를 관찰하고, 일반 상대성 이론을 더 철저하게 검증할 수 있다.

지난 세기 동안 천문학은 가시광선, 전파, 마이크로파, 감마선, X선, 자외선, 적외선 등 다양한 파장을 이용한 관측을 통해 발전해왔다. 각 영역이 열릴 때마다 새로운 발견이 이루어졌으며, 천문학계는 중력파를 통해서도 이와 같은 새로운 발견이 가능할 것이라고 기대한다.[77][78]

7. 중력파와 관련된 논란

현재까지 중력파와 관련하여 제기된 논란은 다음과 같다.


  • BICEP2의 원시 중력파 검출 주장: 2014년 BICEP2 연구팀이 우주 마이크로파 배경 복사에서 원시 중력파의 흔적을 발견했다고 발표했으나, 이는 은하 먼지에 의한 것으로 밝혀져 2015년 주장이 철회되었다.[85]
  • 중력파 속도 논란: 일반 상대성 이론에 따르면 중력파의 속도는 진공에서의 빛의 속도와 같다.[15] 2017년 LIGO와 Virgo 검출기는 중력파 신호(GW170817)와 감마선 폭발(GRB 170817A) 신호를 거의 동시에 탐지하여,[17] 중력파의 속도가 빛의 속도와 같다는 것을 확인했다.

7. 1. BICEP2의 원시 중력파 검출 주장

2014년 3월 17일, BICEP2 연구팀은 우주 마이크로파 배경 복사의 편광 패턴에서 원시 중력파의 흔적을 발견했다고 발표했다.[85] 그러나 이 신호는 은하 먼지에 의한 것으로 밝혀져, 2015년 1월 30일 해당 주장은 철회되었다.[85]

7. 2. 중력파 속도 논란 (국제 관계, 한국의 입장)

일반 상대성 이론에서 중력파의 속도는 진공에서의 빛의 속도와 같다.[15] 특수 상대성 이론에 따르면 빛의 속도는 자연계에서 가장 빠른 속도이다.

2017년 8월, LIGO와 Virgo 검출기는 약 1억 3천만 광년 떨어진 곳에서 온 중력파 신호(GW170817)와 감마선 폭발(GRB 170817A) 신호를 거의 동시에 탐지했다.[17] 이는 중력파의 속도가 빛의 속도와 같다는 것을 의미한다.

8. 중력파 연구의 미래

LIGO, Virgo, KAGRA와 같은 지상 기반 검출기의 감도 향상 및 네트워크 확장이 진행되고 있다. LISA, DECIGO와 같은 우주 기반 검출기 개발도 추진되고 있다. 펄서 타이밍 배열 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 이러한 노력을 통해 더 많은 중력파를 검출하여 일반 상대성 이론, 블랙홀, 중성자별, 초기 우주 등에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

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