아인슈타인의 일반상대성이론(general theory of relativity)이 또 하나의 엄정한 시험대를 통과했다.네덜란드 전파천문학연구소 앤 아치볼드 박사가 이끄는 국제공동연구팀은 5일 국제학술지 '네이처'(Nature)에서 지구에서 4천200광년 떨어진 곳에 있는 중성자별과 백색왜성 2개로 이루어진 삼중성계를 정밀 관측, 중력이 극도로 큰 천체들의 상호작용 속에서도 일반상대성이론이 정확히 작동한다는 사실을 확인했다고 밝혔다.
네이처는 이 결과에 대해 "모든 물체는 자체 중력과 관계없이 극한의 중력장 속에서 낙하할 때 동일한 가속도를 갖는다는 일반상대성이론의 등가원리(equivalence principle)가 지금까지 행해진 것 중 가장 엄중한 테스트를 통과했다"고 전했다.
일반상대성이론의 등가원리는 피사의 사탑에서 포탄과 사과를 떨어뜨리면 동시에 땅에 떨어지는 것처럼 모든 낙하하는 물체는 자체 질량이나 구성, 외부 중력의 영향 등과 관계없이 똑같이 가속도를 받는다고 설명한다.학계에서는 이 원리가 대부분 성립한다고 보고 있지만 일부에서는 중력이 극도로 큰 극한 중력장 속에서는 일반상대성이론과 다른 중력이론이 작동할 수 있다는 가설들도 제기해 왔다.
연구진은 2011년 발견한 지구에서 4천200광년 떨어진 곳에 있는 삼중성계(PSR J0337+1715)를 6년여에 걸쳐 정밀 관측해 극한 중력장 속에서도 일반상대성이론이 정확히 적용된다는 결과를 얻었다.
이 삼중성계는 중심에 초당 366회씩 회전하는 중성자별이 있고 그 주위를 백색왜성이 1.6일에 한 바퀴씩 돌고 있다.바깥쪽 먼 곳에서는 또 하나의 백색왜성이 가운데의 두 별을 327일에 한 바퀴씩 회전하고 있다.
백색왜성은 크기는 지구와 비슷하지만 밀도가 매우 커 질량은 우리 태양과 맞먹는다.
중성자별은 크기는 백색왜성보다 작지만 밀도는 훨씬 커 중력도 매우 크다.이런 별들은 별이 생명을 마칠 때 초신성폭발을 일으키면서 중심핵이 붕괴해 만들어진다.
연구진은 6년여 동안 네덜란드 웨스터보크 합성 전파망원경, 웨스트버지니아의 그린 뱅크 망원경, 푸에르토리코의 아레시보 전파망원경으로 각각 매우 큰 중력을 가진 중성자별과 안쪽과 바깥쪽 백색왜성이 서로 어떻게 영향을 미치는지 관측, 극한 중력장 속에서도 일반상대성이론이 작동하는지 검증했다.
그 결과 바깥쪽 백색왜성이 안쪽의 중성자별과 백색왜성에 미치는 중력의 영향 차이가 최대 260만분의 1 이하로 거의 차이가 없음을 확인했다.
네이처는 이 결과는 이전에 수행된 등가원리 검증을 1천배 정도 향상함으로써 아인슈타인의 일반상대성 이론이 옳다는 것을 뒷받침하고 있다고 설명했다.남순건 경희대 물리학과 교수는 "극한적인 중력 환경에서도 일반상대성이론의 등가원리가 확고하게 검증됐다는 데 의미가 있다"며 "일반상대성이론이 빅뱅이나 블랙홀 같은 더 극한적인 상황에서는 깨지는 경우가 나오겠지만 이번 연구로 이 이론에 대한 믿음은 더 커지게 됐다"고 말했다.