NASA 고다드 우주비행센터 클린룸으로 이송 후 정밀 검사를 받는 LISA 망원경 시제품. / NASA, Dennis Henry

"시공간을 포착하기 위해 리사(LISA, 레이저 간섭계 우주 안테나)가 간다."

미국 항공우주국 NASA가 유럽우주국(ESA)의 우주 기반 중력파 검출기인 LISA에 들어갈 6개의 망원경을 제작할 계획이다. 현재 하나의 프로토타입(시제품) 망원경을 먼저 제작 중이다. ESA와 NASA는 더 강력한 LISA를 만들고 있으며, 앞으로 10년 내 발사를 목표로 한다고 우주과학 미디어 기즈모도닷컴 등이 전했다.

LISA에 앞서 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)가 2015년에 처음 중력파를 감지했다. 중력파는 질량을 가진 물체가 고속 운동을 할 때 방출하는 에너지 파동이다. 당시 중력파는 두 개의 블랙홀이 합쳐지는 과정에서 발생했다. 아인슈타인의 일반 상대성이론이 예측한 중력파의 존재를 실제로 입증하는 데 성공한 것이다. LIGO는 두 개의 길쭉한 관(약 4km 길이)을 통해 레이저 빔을 보내고, 이 레이저 빔이 중력파에 의해 생기는 아주 미세한 공간의 변화를 감지하는 방식으로 작동한다.

LISA는 지상 기반 설치물의 한계를 넘어 태양보다 더 큰 감지망을 만들 수 있도록 설계됐다. 중력파 검출기는 간섭계(interferometer) 기술을 사용, 레이저를 통해 검출기까지의 거리를 매우 정밀하게 측정한다. 간섭계는 두 개 이상의 빛이나 다른 파동이 만나면서 생기는 간섭 패턴을 이용해 거리나 변화를 아주 정밀하게 측정하는 장치다.

블랙홀 쌍성에서 방출되는 중력파 위에 겹쳐진 LISA의 레이저 삼각형 일러스트. / ESA

뉴욕의 L3해리스 테크놀로지가 조립한 LISA 시제품은 고다드 우주비행센터로 운송됐다. LISA 망원경의 거울은 호박색 세라믹 유리인 제로도르(ZeroDor)로 만들어졌다. LISA의 각 서브유닛은 약 257만km 떨어진 우주에서 정삼각형을 형성하도록 배치된다. 각 서브유닛은 2개의 망원경을 장착한 세 대의 우주선으로 구성된다.

NASA는 이 시제품을 통해 비행 하드웨어 구축에 필요한 테스트를 진행 중이다. ESA와 NASA는 LISA가 단 1조 분의 1m에 달하는 시공간의 파동, 즉 중력파 감지를 희망하고 있다.

LISA는 단순히 중력파 검출의 정확도를 높이는 것을 넘어, 우주의 기원과 진화에 대한 새로운 단서를 밝혀줄 것으로 보인다. 특히 초대질량 블랙홀의 형성과 합병 과정, 우주 초기 급팽창 시기에 발생한 중력파 등을 관측해 우주의 신비를 밝히는 중요한 시금석으로 기대를 모으고 있다.