[뉴스스페이스=이은주 기자] 정확히 10년 전인 2015년 9월 14일(현지시간), 미국 NSF(국립과학재단)의 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO) 쌍둥이 검출기는 우주 깊은 곳에서 발생한 블랙홀 합병으로부터 도달한 역사적인 중력파 신호를 직접 탐지했다.

NSF LIGO 공식 발표, Caltech, Northwestern University, American Physical Society, Max Planck Institute, MIT, Nature, ScienceDaily에 따르면, 이 신호는 아인슈타인이 100년 전에 예측한 시공간의 잔물결로서, 그간 빛이나 입자를 통해서만 우주를 관측하던 천문학에 중력파라는 완전히 새로운 관측 수단을 도입했다.

그 성과로 LIGO 설립자 세 명은 2017년 노벨 물리학상을 수상했다. 현재 LIGO는 약 3일에 한 번씩 블랙홀 합병을 정기적으로 탐지하며 우주의 비가시 영역을 해독하고 있다.

이번 10주년 기념 행사에서는 워싱턴주 핸포드와 루이지애나주 리빙스턴의 LIGO 관측소에서 노벨상 수상자를 포함한 학자들의 심포지엄 및 오픈 하우스가 개최됐다.

국제 협력체인 LIGO-Virgo-KAGRA(LVK)는 지금까지 총 300건 이상의 블랙홀 및 중성자별 충돌 감지 사실을 공개했으며, 2025년 현재 진행 중인 4차 관측 기간에만 약 230건의 후보 신호를 발견해, 이전 관측들의 누적 기록을 두 배 이상 경신했다고 밝혔다.

이러한 기록적인 발견 증가는 최첨단 양자 정밀 공학 기술의 도입과 노이즈 감소 등 기기 성능의 비약적 향상이 이끌었다. 현재 LIGO 검출기는 양성자 너비의 1/10,000보다 작은 시공간 변화를 감지할 수 있는데, 이는 사람 머리카락 직경보다 700조 배나 더 미세한 수준이다.

특히 지난 2025년 1월 14일 감지된 GW250114 사건은 최초 감지 신호(GW150914)와 유사한 두 블랙홀의 합병이지만, 10년간 쌓인 기술 진보로 가장 명확하고 뚜렷한 중력파 신호 중 하나로 기록됐다.

이를 바탕으로 노스웨스턴 대학 연구진은 힉스 입자의 또 다른 기초 이론인 스티븐 호킹의 '블랙홀 면적 정리(Area Theorem)'를 99.999% 신뢰도로 실증했다.

면적 정리는 병합 과정에서 두 블랙홀의 총 표면적이 줄어들지 않고 오히려 늘어난다는 이론으로, GW250114 사건에서는 병합 전 두 블랙홀의 표면적 합이 약 24만 평방킬로미터였으나 병합 후 생성된 블랙홀의 면적은 40만 평방킬로미터로 크게 증가했다. 이는 이론과 실제 우주 현상이 일치함을 의미하는 중대한 과학적 승리다.

LIGO 네트워크 또한 미국 내 쌍둥이 관측소를 넘어 이탈리아 Virgo 및 일본 KAGRA 관측소와 국제적으로 협력하며 데이터를 공유, 분석 완성도를 높이고 있다. 이 협력은 그간 탐지된 중력파 중에서 가장 거대한 질량 225 태양질량 규모의 블랙홀 병합 및 최초의 블랙홀-중성자별 충돌도 밝혀냈다.

양자 공학의 진보는 또한 MIT 네르기스 마발발라 교수가 언급한 바와 같이, 양자 정보 보호 기술 발전에 기여하며 향후 양자 컴퓨터 및 감지기 설계에 응용될 전망이다. 미래에는 40km 규모의 Cosmic Explorer와 유럽의 Einstein 망원경과 같은 초대형 차세대 중력파 관측기가 개발 중이다.

이번 기념일은 1970년대 LIGO 설계 개념을 처음 고안하고 2017년 노벨 물리학상을 수상한 협력 창립자인 MIT의 라이너 바이스 교수가 8월 세상을 떠나면서 추모와 아쉬움도 함께하고 있다. 그의 과학 유산은 역사적 발견과 다음 세대를 위한 첨단 과학기기의 길을 열었으며 오늘날까지 LIGO의 중심 정신으로 남아 있다.

LIGO 중력파 관측 10주년을 맞아 우주는 새로운 천문학 시대임을 다시 한번 확인했다. 중력파라는 신호를 통해 보이지 않는 우주의 심연을 꾸준히 탐색하며, 우주와 물리 법칙의 근본에 대한 이해를 심화시키는 LIGO 연구진의 노력은 앞으로 천문학과 기초과학, 첨단기술 발전에 지속적으로 혁신을 불러올 것이다.