원시중력파 (Primordial Gravitational Wave)
쉽게 풀면
우주가 급팽창하던 시기에 생겨났을 것으로 예측되는 아주 오래된 중력파로, 아직 확실하게 관측되지는 않았다.
왜 중요한가
원시 중력파는 급팽창이 만든 텐서 요동으로, 검출되면 급팽창의 에너지 규모를 직접 알려주고 양자 중력 효과의 첫 관측 증거가 됩니다. CMB B모드 편광이 주요 탐색 창이며, 텐서 대 스칼라 비의 상한이 계속 낮아지면서 단순한 급팽창 모형들이 배제되고 있습니다. 더 높은 주파수의 원시 배경은 펄서 타이밍과 우주 간섭계가 겨냥합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
스타로빈스키는 초기 우주의 급팽창 과정에서 원시 중력파가 생성될 수 있음을 이론적으로 예측하여, 이후 인플레이션 이론과 연결되는 중요한 관측적 시그니처를 제시했다.
먼지 오염 성분을 제거한 뒤 남는 신호가 실제 원시 중력파인지를 검증하는 관측 절차를 보여준다.
조금 더 깊게 보면
CMB B모드에는 중력렌즈와 은하 먼지가 만드는 성분이 원시 신호보다 클 수 있어, 2014년의 검출 발표가 먼지로 판명된 사례가 그 어려움을 보여줍니다. 급팽창이 반드시 검출 가능한 수준의 중력파를 만드는 것은 아니어서 미검출이 급팽창을 배제하지는 않습니다. 원시 중력파는 중력파 배경의 한 성분일 뿐이며, 병합 사건이 만드는 천체물리 배경과는 스펙트럼 모양으로 구분해야 합니다. 텐서 요동이 만드는 원시 중력파는 스칼라 밀도 요동과 달리 물질 분포에 직접 영향을 주지 않으므로, 그 흔적을 찾으려면 광자의 편광 패턴 중에서도 발산형인 E모드와 구분되는 회전형 B모드만을 따로 추출해야 합니다. 이 B모드 신호는 원시 신호 외에도 전경의 은하 먼지 편광과 약한 중력렌즈가 E모드를 B모드로 변환하는 효과에서도 만들어지므로, 세 성분을 주파수와 공간 패턴으로 분리하는 것이 관측의 핵심 난제입니다.
주의할 점
원시중력파는 아직 확정적으로 검출되지 않았으며, BICEP2의 2014년 검출 주장은 이후 우리은하 먼지에 의한 신호였음이 밝혀져 철회되었다.
원시중력파의 검출 시도가 실패했다고 해서 급팽창 이론 전체가 부정되는 것은 아니며, 다만 텐서 대 스칼라 비가 매우 작은 유형의 급팽창 모형만이 관측과 양립할 수 있다는 제약으로 해석해야 한다.