**중력파 관측**은 이론적으로 예견만 되던 중력파를 실측하게 된 것을 의미한다. 2016년 2월 11일, 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO) 및 버고(Virgo) 합동연구진은 중력파를 최초로 관측하는 데 성공했음을 발표했다. 이는 블랙홀 쌍성의 병합에 관한 첫 관측으로, 항성질량 블랙홀 쌍성계의 존재와 그들의 병합이 최근의 우주에도 발생하고 있음을 보여준다.

## 중력파
중력파는 1916년 알베르트 아인슈타인에 의해 예견되었다.

## LIGO 개발
LIGO는 두 개의 중력파 관측기로 운영된다. 루이지애나주의 리빙스턴에 있는 LIGO 리빙스턴 관측소와 워싱턴주 리칠랜드 근처 DOE 핸포드 사이트에 위치한 LIGO 핸포드 관측소가 그곳으로, 이 두 중력파 관측소를 통해 동시에 관측이 수행된다. 두 관측소 사이의 거리는 3,002 킬로미터에 이른다. 관측은 두 관측소 사이에 설치된 레이저 간섭계를 통해 수신한 신호를 서로 비교하는 방식으로 이루어진다. 2002년부터 2010년 사이에 이루어진 초기 LIGO 임무에서는 어떠한 중력파도 검출하지 못하였다. 이 때문에 LIGO는 몇 년간 가동을 중단하고 관측 설비를 개선하여 "고성능 LIGO"(''Advanced LIGO'')로 대체되었다.

LIGO의 개발과 초기 관측 기간 동안 신호를 분석하는 연구원들의 능력을 검정하기 위해 가짜 중력파 신호를 불시에 주입하는 시험을 하였지만, 2015년 9월에는 그러한 시험이 없었다.

## 탐지
중력파 신호 **GW150914**는 협정 세계시 2015년 9월 14일 9시 50분 45초에 LIGO 핸포드와 리빙스턴 관측소에서 검출되었다. 이 신호는 천구의 남반구에서 온 것으로, 대략 마젤란 은하 방향이었다.

9월 12일에서 10월 20일까지 보다 상세한 통계분석이 이루어졌다. 부수적인 자료를 포함한 16일간의 신호에 관한 더욱 상세한 분석에서 GW150914가 5.1 시그마 또는 신뢰수준 99.99994%의 유의를 갖는 실제 사건으로 확인되었다. 이 신호는 리빙스턴에서 핸포드보다 7 밀리초 먼저 검출되었는데, 이 시간 차는 두 위치 사이 거리를 빛이 이동하는데 걸린 시간과 일치한다(중력파 역시 빛의 속도로 전파한다).

LIGO가 신호를 감지하던 때에 이탈리아의 피사 근처에 있는 버고 간섭계는 개선 작업을 위해 오프라인 상태에 있었고

## 블랙홀 병합
이 사건은 우주론적 적색편이 0.09}}

신호를 검출할 수 있었던 0.2초간, 블랙홀의 상대적 접선속도는 빛의 속도의 30%에서 60%로 증가하였다. 75 Hz의 궤도 주파수(중력파 주파수의 절반)는 천체들이 병합되기 전 단 350 km의 거리에서 서로를 공전하고 있었음을 의미한다. 이렇게 가까운 궤도 반경은 병합 이전에 그러한 질량을 가지면서 그만큼 가까이서 서로를 공전할 수 있는 다른 천체가 없기 때문에, 그 천체가 **블랙홀**임을 시사한다. **블랙홀-중성자별 쌍성**의 경우에는 그보다 낮은 주파수에서 병합한다. 관측된 가장 큰 중성자별의 질량은 2 태양질량으로, 안정적인 중성자별의 상한 질량인 3 태양질량보다 낮다. 때문에 중성자별의 쌍은 보손 별 등과 같은 다른 대안적인 이색적 존재를 제외하곤 그러한 병합의 계산에 충분한 질량을 갖지 않는다.

신호가 정점을 이룬 이후 파형의 붕괴는 최종적으로 병합된 형태로 진정되고 있는 블랙홀의 감쇠진동과 일치하였다. 나선추락 운동(inspiral motion)은 신호 분석을 통해서 잘 설명할 수 있지만, 강력한 중력장 병합 단계는 오로지 대규모 수치적 상대성 모의실험을 통해서만 해결할 수 있다.

병합 이후의 천체는 회전하는 블랙홀로 여겨진다.

## 사건의 위치
중력파 검출 장치들은 신호를 공간적으로 분해할 능력을 갖지 않는 전천 감시 장치로, 하늘에서 사건이 발생한 위치를 재구성하기 위해서는 기구들의 연계가 필요하다. 단 두가지의 LIGO 검출 장치를 통해서, GW150914의 방출원 위치는 바나나 형태의 영역으로 재구성되었는데, 이는 두 검출기에서 나타난 진폭과 위상의 일관성에 따른 6.9

## 발표
이 중력파 검출의 발표는 2016년 2월 11일

연구결과는 2016년 2월 11일 피지컬 리뷰 레터스

최초의 관측이 이루어지는 동안에 세 개의 사건이 더 검출되었는데, 첫 관측은 2016년 1월에 종료되었다.

## 수상
2016년 5월, 전체 협력단, 특히 로널드 드레버, 킵 손 및 라이너 바이스는 중력파 관측으로 기초 물리학 특별 혁신상을 수상했다.

2017년 노벨 물리학상이 라이너 바이스, 배리 배리시와 킵 손에게 "LIGO 탐지기와 중력파의 관측에 대한 결정적인 기여를 이유로" 수여되었다.

## 검출의 의의

### 차후의 검출
이 검출이 **고성능 LIGO 검출기**의 임무 시작 첫 해에 이루어진 것이기 때문에 검출의 장래성은 매우 밝다. 검출기의 다음 관측 활동 기간 동안 연간 GW150914와 같은 블랙홀의 병합을 다섯 개, 쌍성의 병합을 40개나 관측할 것으로 예측된다. 덧붙여서 현재 이론에 반하지 않는 불명의 더욱 이색적인 중력파원을 찾을 수 있을지도 모른다.

### 일반상대성이론
병합 후 블랙홀에 관해 추정된 기본적인 물리량인 질량과 회전이 일반상대성이론의 예측에 따른 병합 이전의 두 블랙홀의 질량과 일치하였는데, 이는 일반상대성이론에 관한 매우 강력한 최초의 검증에 해당한다.

### 천체물리학
병합 이전의 두 블랙홀의 질량은 별의 진화에 관한 정보를 제공한다. 두 블랙홀 모두 이전까지 엑스선 쌍성 관측을 통한 추정으로 발견된 항성질량 블랙홀보다 더 무겁다. 이는 두 블랙홀의 원형 별에서 발생한 항성풍이 상대적으로 약함을 암시하며, 따라서 그들의 금속함량(수소나 헬륨보다 무거운 원소의 질량비)은 태양의 금속함량 값의 대략 절반 이하여야 한다.

병합 이전의 블랙홀들이 쌍성계라는 사실 뿐만 아니라, 쌍성계가 현재 우주의 나이에서 병합할 정도로 왜소하다는 사실 역시 블랙홀 쌍성이 어떻게 형성되는지에 따라 쌍성의 진화나 동역학적 형성 시나리오를 제한할 수 있는데, 블랙홀 형성 초신성이 발생하여 파괴된 쌍성과 구상성단에서 성단의 탈출속도를 넘어서면서 동역학적 상호작용을 통한 쌍성의 형성 이전에 방출되는 블랙홀과는 달리, 산아의 발차기(핵붕괴 초신성을 통해 형성된 블랙홀이 얻은 속도)가 항상 크지는 않다는 것이다.

### 중력자
중력자는 중력과 상관있는 가설상의 기본입자로, 일반상대성이론에 따르면 질량을 가지고 있지 않다. 이러한 나선 추락의 관측은 중력자의 질량에 관한 상한값을 (낮추면서)개선하는 데 어느 정도 도움을 준다.

### 우주 기반 관측소
**향상된 레이저 간섭계 우주 안테나**(eLISA)는 우주에서 중력파를 검출하기 위해 발표된 임무이다. GW150914와 같은 병합하는 무거운 쌍성들은 병합하기 약 1000년 전까지 eLISA의 감도 범위 이내에서 진화하므로 관측선으로부터 10 메가파섹 이내에 있을 때 관측선에 대해 이전까지 알려지지 않은 유형의 방출원을 제공할 수도 있다.