엊그제 SF물 영화를 보는데..자막에 중력파라는 말이 나오던데..

Question

영화의 줄거리 대화중에 잠시 나와서 아~ 그런게 있는갑다...정도로만 하고 넘어갔는데..

영화 '인터스텔라'에서 중력 때문에 시간이 왜곡된 것을 보여주던데..좀 쉽게 이해 했으면 해서 질문드립니다.

중력파라는 것이 무엇이고..또 이것을 검출하는 원리는 어떻게 되는지 궁금하네요.

Answer 1

안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.

중력파(重力波, gravitational waves)는 시공간에 발생한 “잔물결”이라고 할 수 있다. 알베르트 아인슈타인은 1905년에 중력의 작용을 고려하여 4차원 시공간을 기술할 수 있는 이론인 상대성이론을 발표하였다. 1906년에는 중력파의 존재를 이론적으로 예측한 논문을 발표하였다. 중력파는 상대성이론으로 중력의 작용을 기술할 때 반드시 나타나는 현상이다.

17세기 아이작 뉴턴이 제시한 중력 이론인 뉴턴 역학은 시간과 3차원 공간을 별도로 다루고 있다. 또한, 중력의 작용이 순간적으로 일어난다고 가정한다. 뉴턴 역학에 의하면, 질량을 가진 물체가 가속하더라도 시간이나 공간에는 아무런 변화가 일어나지 않는다. 이에 반해, 아인슈타인의 상대성이론에 의하면, 질량을 가진 물체의 가속 운동에 의해 시공간에 잔물결과 같은 요동이 발생하며, 이것이 빛의 속력으로 전달된다. 이렇게 빛의 속력으로 전달되는 시공간의 요동을 중력파라 부른다

GW150914은 최초로 직접 검출된 중력파 신호일 뿐 아니라, 블랙홀-블랙홀 쌍성의 최초의 관측 증거이다. 검출된 중력파 신호를 천체물리학과 상대성이론을 접목하여 분석하면 두 블랙홀의 개별 질량, 블랙홀 쌍성까지 거리등 여러 물리량을 측정할 수 있다. GW150914에 속한 블랙홀의 질량은 각각 태양 질량의 36배, 29배정도로 측정되었으며, 오차를 고려해도 태양 질량보다 25배 이상 크다는 것이 밝혀졌다., 처음으로 블랙홀 질량을 관측으로 정확히 측정하게 된 것이다. GW150914와 GW151226의 발견과 여러 관측 결과는 많은 천체물리학자들에게 블랙홀의 형성과 진화에 대한 많은 화두를 던져주고 있다.
중력파의 위치와 거리를 정확히 알 수 있으면, 천체 망원경을 사용한 후속관측으로 중력파원에서 동반된 빛의 방출여부를 알아볼 수 있다. 이론적으로 블랙홀과 블랙홀의 병합으로부터는 빛의 방출이 기대되지 않음에도 불구하고, 중력파 신호 발견 직후 전 세계 수십 개의 관측 그룹에서 전파에서 감마선까지 다양한 스펙트럼에서 천체망원경을 사용한 후속 관측에 적극적으로 참여하였다. 이론적으로 알려져 있지 않는 새로운 빛과 중력파의 동반 방출을 기대한 것이다.

중력파 신호 분석으로 추정한 GW150914의 위치(검정색 실선)과 해당 영역 내에서 전파-적외선/가시광선-엑스선-감마선 망원경으로 수행된 후속 천문관측.

어드밴스드 라이고는 현재 지구상에 존재하는 중력파 검출기중에서 수억 광년내의 블랙홀 쌍성 합병을 관측할 수 있는 유일한 기기이다. 수년 내에 라이고뿐 아니라 비르고, 카그라등 국제 중력파 검출기 네트워크가 가동되면 보다 많은 중력파원의 발견이 가능할 뿐 아니라 이들 중력파원의 위치와 거리를 보다 정확히 알아낼 수 있을 것이다. 또한, 앞으로 중성자별-중성자별 충돌, 블랙홀-중성자별 충돌로 발생한 중력파를 검출할 수 있다면, 중력파 신호 검출 후 수 초 ~ 몇 달간 빛을 사용한 후속관측이 가능할 것으로 기대되고 있다. 다중신호 천문학 네트워크는 이미 잘 구축되어 있으며, 국내 천문연구진도 일부 참여하고 있다. 앞으로는 빛과 함께 뉴트리노나 중력파를 천문관측에 사용하여 중성자별이나 블랙홀 부근에서 벌어지는 각종 천체 현상을 보다 종합적으로 연구할 수 있게 될 것이다.

이 자료가 많은 도움이 되었으면 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.

중력파는 시공간의 곡률 변화로 발생하는 파동으로, 일종의 늘어지고 줄어들기를 반복하는 진동이다. 이를 검출하기 위해서는 매우 민감한 기기가 필요하며, 레이저를 이용해 두 개의 거울을 이용해 만든 L자형 장치로 중력파를 검출하는 라이센서를 사용한다. 중력파 검출을 통해 우주의 탄생과 진화, 블랙홀 등의 천체의 역사와 특성을 연구할 수 있다.

Answer 3

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

중력파는 중력에의한 천체들의 큰 움직임이 발생할 때 나오는 중력변화의 파동입니다.

예를들어 물웅덩이에 가만히 서있으면 파동이 없지만, 움직이는순간 파동이 발생하는것과 같습니다.

Answer 4

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.중력파는 알버트 아인슈타인의 일반 상대성이론에서 예측되었던 파동 형태의 중력입니다. 중력파는 두 개체가 서로 충돌하거나, 회전하거나, 가속하면서 발생할 수 있으며, 이러한 현상이 발생할 때 공간-시간의 곡률이 파동 형태로 전파됩니다. 중력파는 빛의 속도로 이동하며, 매우 약한 신호이기 때문에 감지하기가 매우 어렵습니다. 중력파는 공간-시간의 전파이므로 레이저를 이용하여 두 개체간 거리 차이를 측정할 때, 중력파가 통과할 때 발생하는 거리의 변화를 감지하는 방식으로 검출하였습니다.