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'[금과터]11/10(금)2017년 노벨물리학상 - 중력파와 우주시공간' 글 입니다.

[금과터]11/10(금)2017년 노벨물리학상 - 중력파와 우주시공간

분류 : 공동체 명 부서명 : 부서 명 작성자 : 관리자 작성일자 : 2017.11.10

조회수 7692

첨부파일 : No File!

○강 연 일 : 2017년 11월 10일(금)


○강 연 자 : 이 창 환교수(부산대학교 물리학과 천체물리 연구실)



그림 1. 중력파를 방출하면서 병합하는 두 블랙홀에 의해 왜곡된 우주의 상상도 Image Credit: SXS (Simulating eXtreme Spacetimes)


○ 연구배경: 중력파와 우주시공간
 중력파는 아인슈타인의 일반상대성 이론에 의해 100여년 전에 예측이 되었다. 일반상대성 이론은 물질의 존재가 시공간을 뒤틀어 빛도 휘어질 수 있음을 밝힌 이론이다. 그런데, 현대 물리학의 발전으로 4차원 우주 진공은 무한한 가능성의 공간이며, 암흑에너지에 의해 가속팽창하고 있음이 밝혀졌다. 즉, 진공은 더 이상 변할 수 없는 절대적인 공간이 아니라 변할 수 있는 공간임이 밝혀진 것이다. 우주 공간을 변화시키는 원인으로 중성자별과 블랙홀을 예로 들 수 있다. 중성자별이나 블랙홀의 존재가 주위 시공간을 변화시키고, 멀리 떨어져 있는 별은 이 시공간의 변화를 중력으로 인식하여 궤도 운동을 하는 것이다.
 중성자별이나 블랙홀과 같은 고중력별이 짝을 이루어 공전하는 경우에는, 두 별의 공전으로, 쌍성계 주변에서 중력의 세기가 주기적으로 변하게 된다. 이것이 바로 4차원 시공간의 주기적인 변화인 중력파이다. 중력파의 존재는 중성자별 쌍성계의 공전주기 변화로 이미 간접적으로 검증이 되었다. 미국과 유럽을 중심으로 레이저 간섭계를 이용하여 지상의 실험실에서 중력파를 직접 검출하려는 노력이 수십여 년 간 이어져 왔다. 드디어 2016년 2월 12일 전 세계적으로 중력파검출 성공이 발표되었다. 아인슈타인의 마지막 유산 중력파를 직접 검출하는데 성공한 것이다. 이 업적을 인정받아 2017년 노벨물리학상이 중력파 검출에 결정적인 기여를 한 3인에게 주어졌다.


그림 2. 미국 라이고 (LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) 중력파관측소 (좌: 워싱턴주 핸포드, 우: 루이지애나주 리빙스턴)


○ 강연내용
 중력파 검출의 성공으로 중력파 천체물리학이라는 새로운 연구분야가 탄생하였다. 본 강연에서는 중력파의 바탕이 되는 4차원 우주시공간, 중력파 발견을 위한 노력, 그리고 현재까지 발표된 중력파 발견의 과학적 의미에 대해 살펴본다. 강연의 주요 내용은 다음과 같다.
 먼저, 중력파 발견의 주역들에 대해 살펴본다. 중력파 발견은 한 두 개인이 아니라 전세계 1000여명의 과학자들이 협력하여 이루어낸 과학적 업적이다. 국내에서도 2009년부터 한국중력파연구단이 형성되어 국제공동연구를 수행하여왔으며, 이번 발견에 부분적으로 기여하였다. 두 번째로, 우리가 살고 있는 4차원 우주 시공간의 성질에 대해 살펴본다. 특히, 빛을 휘게 하고 시간의 흐름조차 바꿀 수 있는 시공간의 성질을 수식을 사용하지 않고 그림과 비유를 통해 살펴본다. 세 번째로 레이저를 이용한 중력파 검출 원리를 살펴본다. 이 과정에서, 아인슈타인에 의해 예측된 중력파가 검출에 성공하기까지 왜 100년의 시간이 걸렸는지 이해한다. 마지막으로 지금까지 발견된 중력파 및 중력파원에 대해 살펴보고 과학적 의미를 고찰한다. 특히 가장 최근 검출된 중력파의 원인인 중성자별 충돌의 중요성에 대해서도 살펴본다.


○ 연구팀 및 연구 소개
    부산대학교 물리학과 이창환 교수 천체물리연구팀은 중성자별을 중심으로 다양한 물리학 및 천체물리학 현상을 연구하고 있으며, 한국중력파연구단 (KGWG: Korean Gravitational-Wave Group)의 멤버로 활동하고 있다. 중성자별 내부는 밀도가 매우 높아 양성자, 중성자와 같은 핵자를 비롯하여 야릇한 쿼크들로 구성된 다양한 입자들이 존재할 것으로 예측되고 있으므로, 고밀도 강입자 물질 연구를 통하여 중성자별 내부 구조 연구를 진행하고 있다. 이와 병행하여 중성자별 외부 현상으로 중력파 및 엑스선쌍성계 연구를 진행하고 있다.
   이창환 교수는 현재 한국연구재단의 지원으로 `중견자지원사업`에 연구책임자로 참여하고 있으며, `과학연구센터(SRC)`에 공동연구원으로 참여하여 연구를 수행하고 있다. 또한 이창환 교수는 교육부와 한국연구재단의 지원으로 부산대학교 물리학과 BK21플러스 사업단의 단장을 맡고 있다.