LIGO는 어떻게 중력파를 관측했을까?

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(출처:LIGO Caltech)


안녕하세요 chosungyun@chosungyun 입니다. 일반상대론을 증명하는 중력파를 관측한 LIGO는 어떻게 관측을 하였을까요?
‘에테르’라고 들어보셨나요? 과거에 빛이 파동이라면 매질이 존재해야 한다. 그 매질은 에테르라는 주장이 있었습니다. 즉 이 우주 공간은 에테르로 차 있다고 생각을 하였고 이를 증명하기 위해 노력을 했었습니다. 이를 증명하기 위한 장치 중 하나가 마이컬슨몰리실험입니다.


(출처:위키피디아)

이 실험은 빛을 쏘아서 두갈래로 하나는 직각 하나는 원래 방향으로 가도록합니다. 다시 반사되도록하여 받아 두빛을 합쳐 간섭현상을 관측합니다. 하지만 아무리 실험을 해보아도 간섭현상을 볼 수 없었고 이 실험을 통해 에테르가 없음을 반증하게 됩니다. 아이러니하게도 이 실험을 통해 마이컬슨은 노벨 물리학상을 받게 됩니다. 실험의도에 따르면 실패한 실험인데도 말이죠.


(출처:LIGO Caltech)

이 유명한 실험이 LIGO에서 진행하는 실험과 개념이 동일합니다. 단지 LIGO는 그 크기가 엄청 큽니다. 직각으로 갈라져 나아가는 거리가 4km이고 이 거리를 수백번 왕복시킨다고 합니다. (중력파로 인한 거리변화가 미미하기 때문에 한번 왔다갔다해서는 관측이 어렵기 때문입니다.) 이러한 관측소를 워싱턴에 하나 루이지애나주에 하나 총 두 개의 관측소를 두고 측정을 합니다.
이렇게 측정을 하던 와중에 13억 광년 떨어진 곳의 두 블랙홀이 충돌함으로써 중력파가 발생하였고 이 중력파가 지구를 지나며 시공간에 뒤틀림이 생겼습니다. 이때 LIGO가 이 변화를 레이저 간섭으로 관측을 해낸 것입니다.


(출처: https://wattsupwiththat.com)
두개의 관측소에서 거의 동일하게 간섭현상을 관측한 것을 볼 수 있습니다.

두개의 블랙홀이 부딪히는 모습을 컴퓨터 시물레이션으로 본 영상입니다.


감사합니다!