달에 레이저 쏴서 중력파를 검출한다?

(NASA Goddard's Lunar Ranging Facility fires a laser at the Moon in an earlier experiment. A new study suggests this kind of tech could be repurposed to hunt for microhertz gravitational waves. Credit: Tom Zagwodzki/Goddard Space Flight Center)

달 표면에 레이저를 발사해 중력파를 더 정확하게 측정하자는 아이디아가 나왔습니다. 바르셀로나 자치 대학 (Universitat Autònoma de Barcelona), 스페인 바르셀로나의 고 에너지 물리 연구소 (Institute for High Energy Physics), 유니버시티 칼리지 런던의 연구팀은 지구 대신 달에 레이저를 발사한 후 반사되는 레이저를 측정할 경우 얻는 이점을 저널 에 발표했습니다.

2015년 역사상 처음으로 중력파를 검출한 LIGO는 4km의 터널에 레이저를 발사해 미세한 진동을 감지해 중력파의 존재를 감지했습니다. 하지만 사실 중력파에 의한 미세한 차이는 이 정도 크기의 장비로도 정확히 알아내기 어렵습니다. 현재 중력파 검출 장치는 특정 파장대의 중력파 밖에 검출할 수 있습니다.

그런데 만약 달에 레이저를 발사한 후 반사된 레이저를 검출할 경우 거리는 4km 대신 38만km가 됩니다. 따라서 지금보다 매우 작고 파장이 낮은 중력파도 검출할 수 있습니다.

물론 달에서 반사된 레이저를 측정하는 일이 만만치 않지만, 의외로 오래전부터 이런 관측이 이뤄졌습니다. 아폴로 시절 달 표면에 설치한 거울을 이용해 달과 지구 사이의 거리를 매우 정확히 측정하고 있기 때문입니다. 과학자들은 지구와 달 사이 거리를 1cm 이내 오차 범위에서 실시간으로 측정할 수 있습니다.

다만 지구와 달 사이를 오가는 레이저는 지구-달 사이 거리 변화 이외에 지구 대기에 의해 상당한 잡음이 끼어들 여지가 있어 여기서 중력파에 의한 효과를 분리하는 것이 생각보다 어려울 수 있습니다. 다만 현재 그술 수준에서 가능한 목표가 될 수 있기 때문에 앞으로 실제 연구 프로젝트 진행 여부가 궁금해지는 소식입니다.

참고

https://newatlas.com/physics/moon-lasers-gravitational-waves-early-universe/

Diego Blas and Alexander C. Jenkins, Bridging the μHz Gap in the Gravitational-Wave Landscape with Binary Resonances. Phys. Rev. Lett. 128, 101103. DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.101103

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