2020 노벨 물리학상 주인공은 ‘블랙홀’ 비밀 푼 과학자들

(사진=노벨상 유튜브 캡쳐)

“(올해 노벨물리학상은)우주의 어두운 면에 대한 것이다.”

올해도 ‘우주’가 스웨덴 왕립과학원을 사로잡았다. 괴란 한손 스웨덴 왕립과학원 사무총장은 6일 노벨 물리학상 수상자를 발표하기 앞서 이와 같이 말했다.

2020년 노벨 물리학상은 로저 펜로즈(영국), 라인하르트 겐첼(독일), 앤드리아 게즈(미국)에게 돌아갔다. 이들은 블랙홀 연구에 기여한 공로를 인정받아 노벨 물리학상 수상자로 선정됐다.

최근 노벨 물리학상은 우주의 신비를 푼 이들에게 돌아갔다. 2017년 라이너 바이스·킵 손·배리 배리시 교수는 강한 중력으로 인한 공간의 왜곡이 전해지는 현상인 ‘중력파’를 관측한 공로로 노벨 물리학상을 수상했다. 2019년 미셸 마요르·디디에 쿠엘로 교수도 태양형 항성의 궤도를 도는 외계 행성을 발견한 업적을 인정, 노벨 물리학상의 영예를 안았다.

올해 수상자 로저 펜로즈는 스티븐 호킹과의 업적에 마침표를 찍었다. 2018년 세상을 떠난 스티븐 호킹과 정립한 블랙홀에 대한 이론·특징들이 실제로 관측 가능함을 증명했기 때문이다. 손봉원 한국천문연구원 책임연구원은 “로저 펜로즈 교수가 스티븐 호킹 박사의 스승”이라며 “아마 살아 계셨으면 함께 수상하지 않았을까”라고 말했다.

라인하르트 겐첼과 앤드리아 게즈는 스승과 제자가 함께 수상한 사례다. 두 과학자는 유럽 남천문대에 있는 망원경을 이용, 우리은하 중심에 있는 별들의 공전 운동을 관측했다. 2003년 첫 플레어(별 표면에서 발생하는 빛과 에너지의 폭발) 관측을 계기로 20여 년간 정밀한 관측을 이어왔다.

이들은 결국 해당 위치에 블랙홀이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 블랙홀 주변의 많은 별들의 공전운동과 중력적 적색편이(블랙홀이 빛을 끌어당겨 별이 붉은 색으로 변하는 현상) 관측, 우리 은하 중심에 있는 초대형 블랙홀의 질량을 정확하게 계산해낸 것이다. 이로서 우리 태양 질량의 약 400만 배에 달하는 블랙홀이 우리 은하 중심에 있다는 것을 증명했다.

샤샤 트리페 서울대 물리천문학부 교수와 수상자들의 인연도 눈길을 끌었다. 샤샤 트리페 교수는 라인하르트 겐첼 교수 연구실에서 2003년 연구를 시작, 석사와 박사 학위를 받았다. 2002~2003년 중력적 적색편이 현상이 여러 차례 포착됐을 당시 라인하르트 겐첼 교수와 함께 연구에 매진했다. 2004년 샤샤 트리페 교수는 이 천체들의 이미지와 데이터를 정밀 분석하는 데 손을 보탰다.

샤샤 트리페 교수는 6일 한국과학기술단체총연합회가 주최한 온라인 기자간담회에서 전화연결을 통해 “라인하르트 교수가 노벨 물리학상을 받는 게 그렇게 놀랍지는 않았다”며 “라인하르트와 함께 연구하는 건 항상 도전적이고 흥미로웠기 때문”이라고 말했다.

한편 온라인 기자간담회에서는 블랙홀 연구의 의미에 대한 설명도 이어졌다. 손봉원 책임연구원은 “블랙홀에 대한 연구가 중력의 가장 극단적인 효과를 보여주는 천체”라며 “아인슈타인의 일반 상대성 이론 등 우리가 정립해 온 법칙들이 정말로 성립하는지를 판단할 수 있는 기준이라 블랙홀이 최근 여러 차례 주목을 받게 된 것”이라고 설명했다.

조동현 고려대 물리학과 교수도 “블랙홀이라는 주제 자체가 우리 상상을 자극하는 주제”라며 “최근 허블망원경, 중력파 측정기를 비롯한 새로운 관측기술의 발달로 천제물리 분야가 르네상스를 맞고 있기 때문”이라고 설명했다.