우주에 250만㎞ 규모 '중력파 관측소' 짓는다

유럽 '우주안테나 구축' 본격 착수
印도 건설···전파 넘어 '진화' 속도

LISA의 중력파 관측 임무를 나타낸 그림. 사진 제공=ESA

[서울경제]

관측 기술 경쟁 분야는 전파만이 아니다. 주요국들은 전파를 넘어 중력파처럼 빛이 아닌 새로운 매개체로 그동안 보지 못했던 우주의 모습을 드러내려 하고 있다. 미국·중국뿐 아니라 유럽과 인도도 관련 사업을 본격화한 가운데 국내에서도 대응이 필요하다는 목소리가 나온다.

유럽우주국(ESA)은 17일(현지 시간) 인공위성 개발사 OHB시스템과 ‘레이저 간섭계 우주 안테나(LISA·리사)’ 구축 계약을 체결했다고 밝혔다. ESA는 이를 통해 2035년 발사를 목표로 리사 구축 사업에 본격적으로 착수했다. 리사는 지상이 아닌 우주에 구축되는 세계 최초의 중력파 검출 장치다. 기존 지구 중력의 영향을 받는 지상 장치로는 어려웠던 미세한 중력파 검출도 가능할 것으로 기대된다.

리사는 태양 궤도를 도는 인공위성 3대로 구성될 예정이다. 위성 3대가 우주 공간에서 서로 지구·달 거리의 6배에 달하는 250만 ㎞씩 떨어진 채 레이저를 주고받으며 거대한 삼각형을 그린다. 연구진은 중력파로 인해 수십억 분의 1㎜ 수준에서 발생할 수 있는 레이저의 미세한 어긋남을 잡아낼 계획이다. 인도 역시 미국과 협력한 ‘라이고(LIGO) 인디아’의 건설을 이달 시작했다. 미국 라이고와 이탈리아 비르고(VIRGO)는 2016년 세계 최초로 중력파를 검출했고 중국도 2024~2050년 ‘국가 우주과학 중장기 발전 계획’에서 중력파 탐지를 17가지 중점 발전 방향의 하나로 정하는 등 전 세계 경쟁이 치열해지는 양상이다.

중력파는 시공간의 물결로 비유된다. 알베르트 아인슈타인은 질량을 가진 물질로 시공간 자체가 휘어져 중력이 생긴다고 봤다. 움푹 팬 골짜기로 공이 굴러떨어지듯 물질로 인해 휘어져 움푹 팬 시공간으로 다른 물질이 끌려들어오고 이것이 중력의 본질이라는 것이다. 그는 나아가 별이나 블랙홀처럼 매우 무거운 물질이 빠르게 움직이거나 폭발 혹은 충돌해서 시공간의 질량 분포가 급작스럽게 변하면 그 여파가 주변으로 퍼져나간다고 예측했다. 수면에 돌을 던지면 주변으로 물결이 이는 것과 유사하다. 예측은 101년 만에 증명됐다.

중력파는 향후 전자기파(빛)와 별개로 우주를 관측할 수 있는 ‘또다른 눈’이 될 것으로 기대된다. 이에 한국천문학회가 이달 초 장기 발전 보고서를 통해 향후 10년간 도전해야 할 연구 주제의 하나로 중력파를 꼽는 등 국내에서도 정부의 관측 시설 구축 등 관련 투자 필요성이 제기된다.

김윤수 기자 sookim@sedaily.com