하버드-스미소니언 천체물리학 센터: 인플레이션의 결정적 증거는 은하계 먼지였다

2014년 3월 17일, 하버드-스미소니언 천체물리학 센터의 존 코박이 이끄는 남극 망원경 BICEP2 협력단은 하버드 기자회견에서 우주 마이크로파 배경에서 B모드 편광을 발견했다고 발표했다. 이는 우주 최초의 순간에 발생한 중력파가 가장 오래된 빛에 새긴 흔적이었다. 신호는 '많은 과학자들이 감히 바라던 것보다 상당히 강했으며', 7시그마였다. 마침내 인플레이션의 결정적 증거가 발견된 것이다.

반응은 대관식과 같았다. 인플레이션 이론의 선구자 앨런 구스는 '완전히 경악했다'고 말했고, 경쟁 플랑크 위성의 한 연구자는 '이것이 확인된다면 엄청난 일'이라고 말했다. BBC의 보도는 '결과가 확인된다고 가정하면 노벨상은 확실해 보인다'고 전했다. 연구팀은 오염 여부를 확인하는 데 3년을 썼다고 밝혔으며, 여기에는 모든 우주론자가 알고 있던 골칫거리, 즉 우리 은하의 먼지도 포함되어 있었다.

의문은 몇 달 안에 제기되었다. BICEP2의 망원경은 하늘을 단일 주파수로 관측했지만, 먼지는 그 망원경이 볼 수 없는 주파수에서 빛난다. 6월에 연구팀은 신뢰도를 낮췄고 동료 심사를 거친 논문에는 먼지에 관한 부록이 실렸다. 9월에는 플랑크의 전천 지도가 먼지만으로도 BICEP2와 맞먹는 강도의 신호를 만들어낼 수 있음을 보여주었다. 2015년 1월 30일, BICEP2/케크/플랑크 공동 논문은 이를 인정했다. 그 신호는 먼지와 구별할 수 없었고, 원시 중력파에 대한 최선의 추정치는 0과 일치했다. 네이처의 제목은 '중력파 발견, 이제 공식적으로 사망'이었다.

협력단은 생각보다 작은 대가를 치렀다. 경쟁 상대와 함께 반박 논문의 공동 저자가 되었고 계속 데이터를 수집했다. 이후의 모든 한계치(2015년 r < 0.12, 2021년 r < 0.036)는 아무것도 발견하지 못했으며, 그 신호는 여전히 탐지되지 않고 있다. 죽은 것은 발표 그 자체였다. 전경 신호 위에 세워진 기자회견, 노벨상 이야기, 10개월간의 헤드라인이었다. 협력단의 일원이었던 브라이언 키팅은 이 사건 전체를 《노벨상을 잃다》라는 책으로 썼다.

그 신호는 먼지였다. BICEP2는 단일 주파수를 관측했기 때문에 플랑크의 지도는 그 신호가 은하계 먼지와 구별될 수 없음을 보여주었고, 원시 중력파 추정치는 0이었다.

동료 심사 전에 기자회견에서 발표되었다. 7시그마, 노벨상 프레임, '결정적 증거' — 그 주장은 논문이 아니라 기자회견이 먼저였기에, 정정은 헤드라인과 싸워야 했다.

하나의 기기, 하나의 주파수: BICEP2는 빼내야 할 먼지를 볼 수 없었기에 3년간의 확인 작업은 핵심을 놓쳤다. 측정할 수 없는 전경 신호와 구별할 수 없는 신호였던 것이다.

헤드라인이 나가는 동안에도 유보 사항은 기록에 남아 있었다. 채택된 논문에는 먼지에 관한 부록이 실렸고, 데이비드 스퍼겔은 공동 논문보다 몇 달 앞선 6월에 먼지 문제를 제기했다.

비범한 주장에는 경쟁자의 데이터가 필요하다. 해결은 플랑크의 전천 먼지 지도와 공동 분석이 나온 뒤에야, 즉 기자회견 10개월 후에야 이루어졌다.

7시그마는 당신이 볼 수 없는 것만큼만 신뢰할 수 있다. BICEP2는 3년간 오염 여부를 확인했지만 먼지를 놓쳤다. 그것을 볼 수 있었던 유일한 기기는 그들이 갖지 못한 기기였다.

협력단은 두 번 옳은 일을 함으로써 회복했다. 경쟁 상대와 함께 반박 논문의 공동 저자가 되었고, 그들의 기기는 계속 가동되었다. 이후의 모든 한계치 — 2015년 r < 0.12, 2018년 r < 0.07, 2021년 r < 0.036 — 는 그 신호의 흔적을 찾지 못했으며, 원시 중력파는 여전히 탐지되지 않고 있다. 이 사건은 우주론에 먼지에 관한 농담을 남겼고, 협력단 일원이 서둘러 발표한 것이 무엇을 앗아갔는지 — 신뢰성, 그리고 결코 실현되지 않은 노벨상 — 에 관해 쓴 책, 브라이언 키팅의 《노벨상을 잃다》(2018)를 낳았다.