안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
일반 상대성 이론에서 중력은 질량이 휘어 놓은 시공간을 따라 물체가 움직이는 현상이에요. 아인슈타인은 1916년, 블랙홀 쌍처럼 무거운 천체가 빠르게 돌면 시공간의 휘어짐이 물결처럼 빛의 속도로 퍼져 나간다고 예측했어요. 이 물결이 지나가면 공간이 한 방향으로 늘고 수직 방향으로 줄기를 반복해요. 변형이 워낙 작아서 아인슈타인도 관측은 어렵다고 봤어요.
LIGO는 길이 4km인 두 팔이 L자로 직각을 이루는 레이저 간섭계예요. 레이저를 둘로 나눠 각 팔 끝 거울에서 반사시킨 뒤 다시 합쳐요. 평소에는 두 빛의 위상이 정반대가 되게 맞춰서 서로 상쇄시켜요. 중력파가 지나가면 한쪽 팔은 늘고 다른 쪽은 줄어 상쇄가 깨지고, 검출기에 빛이 새어 나와요.
이때 팔 길이 변화는 양성자 지름의 1만 분의 1 수준이에요. 그래서 빛을 팔 안에서 수백 번 왕복시켜 유효 길이를 늘리고, 거울은 진공 속에 진자처럼 매달아 땅 진동을 막아요. 3,000km 떨어진 두 관측소에서 같은 신호가 10ms 이내 시차로 잡혀야 진짜 중력파로 인정해요. LIGO는 2015년 9월 13억 광년 떨어진 블랙홀 쌍의 충돌 신호를 처음 포착했어요. 이 공로로 2017년 노벨 물리학상이 수여됐어요 :)