블랙홀

블랙홀은 우주의 가장 미스터리 한 현상 중 하나로, 그 중력이 너무 강해 빛조차 탈출할 수 없는 천체입니다.

매우 큰 질량을 가진 별이 수축하면서 작은 부피 안에 엄청난 질량이 들어가게 되고, 이것이 바로 블랙홀이 됩니다

이러한 특성 때문에 블랙홀 자체를 직접 보는 것은 불가능하지만, 블랙홀 주변의 물질이 블랙홀로 빠져들면서 발생하는 강력한 X-선과 같은 방사선을 통해 그들의 존재를 관측할 수 있습니다.

과학자들은 이런 블랙홀이 우주 곳곳에 존재한다고 추정하고 있습니다.

 

 블랙홀

블랙홀의 정의와 특성

NASA에 의하면 블랙홀은 거대한 별들이 수명이 다할 때 생겨납니다. 별들은 영원히 존재하는 것이 아니라 생성과 소멸을 하는 과정을 거치게 됩니다.

큰 별이 소멸하는 과정에서 그들 별에서 만들어진 물질을 모두 뿜어내며 폭발하게 됩니다.

이 때 별의 크기가 크게 줄어들게 되고, 크기와 부피의 차이가 커지면서 밀도가 높아져 극단적인 중력을 가진 블랙홀이 되는 것입니다.

블랙홀은 그 중력이 너무 강해 주변의 모든 것을 빨아들이는 천체로, 심지어 빛조차도 탈출할 수 없습니다. 이는 블랙홀의 '사건의 지평선' 때문인데, 이 지점을 넘어서면 어떤 것도 블랙홀의 중력을 벗어나지 못합니다. 블랙홀은 주로 별의 수명이 다한 후 초 신성 폭발을 거치며 생성되며, 이 과정에서 별의 핵이 붕괴하여 무한히 밀도가 높은 상태로 압축됩니다 .

사건의 지평선

일반 상대성 이론에서, 사건의 지평선은 그 내부에서 일어난 사건이 그 외부에 영향을 줄 수 없는 경계 면을 의미합니다. 가장 흔한 예로는 블랙홀 주위의 경계, 즉 블랙홀의 사건의 지평선이 있습니다. 

블랙홀의 중력은 매우 강력하여, 내부로 들어온 물질이나 빛조차도 사건의 지평선을 넘어 외부로 탈출할 수 없게 만듭니다. 이는 블랙홀 내부에서 일어나는 모든 사건이 외부 세계에 영향을 미치지 못한다는 것을 의미합니다.

 

블랙홀의 종류

블랙홀에는 크게 세 가지 유형이 있습니다. 첫 번째는 '항성 질량 블랙홀'오, 별이 자신의 수명을 다하고 붕괴하면서 생기는 블랙홀입니다. 두 번째는 '초대질량 블랙홀'오, 은하 중심에 위치하며 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 이르는 거대한 블랙홀입니다. 마지막으로 '중간 질량 블랙홀'이 있는데, 이는 항성 질량 블랙홀과 초대질량 블랙홀 사이의 질량을 가진 블랙홀을 말합니다.

블랙홀의 관측

블랙홀은 직접적으로 관측할 수 없기 때문에, 주로 블랙홀 주변에서 발생하는 현상을 통해 간접적으로 관측됩니다.

예를 들어, 블랙홀 주변의 가스가 블랙홀로 빨려 들어가면서 발생하는 강력한 X선이나, 블랙홀에 의해 발생하는 강력한 중력 렌즈 효과 등을 통해 블랙홀의 존재를 확인할 수 있습니다. 최근에는 이벤트 호라이즌 망원경(EHT) 프로젝트를 통해 블랙홀의 사건의 지평선 근처에서 발생하는 빛의 고리 모양을 관측하는 데 성공하기도 했습니다 .

 

전파망원경을 이용한 X선 관측

블랙홀 주변에서 발생하는 X선을 전파망원경으로 관측함으로써 블랙홀의 존재를 확인할 수 있습니다. 이때 관측되는 '블랙홀의 그림자'는 사건의 지평선 주변의 검은 부분으로, 블랙홀이 실제로 위치하는 곳입니다.

사건지평선망원경 협력단(EHT)의 역할

사건지평선망원경 협력단은 여러 전파망원경을 연결하여 하나의 거대한 가상 망원경을 만들어, 블랙홀의 사건의 지평선 근처를 관측합니다. 이를 통해 M87 은하 중심에 위치한 초대형 블랙홀의 이미지를 촬영하는 데 성공했습니다. 

블랙홀 연구의 중요성

블랙홀 연구는 우주의 근본적인 법칙들을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 블랙홀 주변에서는 일반 상대성 이론과 양자역학이 교차하는 극단적인 환경이 형성되기 때문에, 이를 통해 두 이론을 통합할 수 있는 새로운 물리 이론을 발견할 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한, 블랙홀을 통해 우주의 탄생과 진화, 은하 형성 등에 대한 중요한 단서를 얻을 수 있습니다.

 

2019년 비교적 최근에  처음으로 블랙홀의 관측에 성공하였습니다.

독일 출신의 미국 물리학자인 알베르트 아인슈타인은 , 빛은 중력의 영향을 받으며,  질량을 가진 천체가 주변의 시공간을 휘어지게 한다는 일반 상대성이론을 주장하였습니다. 이후 100년이 지난 즈음 관측에 성공하였습니다.

 

우리나라를 포함하는 세계의 연구기관 소속 과학자들이 참여한 ‘사건의 지평선 망원경(EHT)’ 국제공동연구팀은 전파망원경을 통해 ‘M87’이라는 블랙홀의 실제 모습을 관측해 발표했습니다.

M87은 지구로부터 약5400만 광년 떨어진 곳에 존재한다고 합니다.  과학자들은 당시 블랙홀이 주변의 별을 끌어당길 때 빨려 들어가는 물질들이 내뿜는 X선을 포착해서 블랙홀의 윤곽을 확인하는데 성공 했습니다.

중간이 뚫린 주황색 고리 형태라 공개된 블랙홀의 모습은  ‘흐릿한 오렌지색 도넛’이라는 수식이 붙을만큼 또렷하지 않았습니다.

 

현재도 과학자들은 블랙홀을 관측하기 위해 적극적인 연구를 하고 있습니다.

 강한 중력으로 무엇이든 쑥쑥 빨아들이는 블랙홀을  자세히 관찰할 수 있다면, 별의 폭발과 초기 우주가 형성되는 과정을 파악할 수 있을 것입니다.   더불어 시공간의 연구또한 활발해질 것입니다.

 

블랙홀에 대한 연구는 여전히 많은 미스터리를 간직하고 있습니다. 앞으로의 연구를 통해 우주의 신비를 한층 더 깊이 이해할 수 있기를 기대합니다.