블랙홀은 빛조차 빠져나갈 수 없는 매우 높은 중력을 가지고 있는 천체이다. 때문에 입자나 전자기 복사 등 어떠한 것도 빠져나올 수 없는 검은 구멍만 보이기 때문에 블랙홀이라는 이름이 지어졌다. 이런 블랙홀을 실제로 관측하여 큰 화제가 되기도 했다. 그럼 블랙홀에 대한 신기한 사실들을 알아보도록 하자.
블랙홀에 대한 신비한 사실들
블랙홀의 생성
블랙홀의 중력을 벗어나기 위한 속력이 빛의 속력보다 빠르기 때문에 빛도 블랙홀을 벗어날 수 없다. 약 150억 년 전 우주 대폭발로 우주가 창조될 때 거대한 물질들이 하나의 덩어리로 뭉쳐져 블랙홀이 무수히 생겨났거나 높은 밀도로 압축이 되어 탄생이 되었다고 추측하고 있다.
아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 극도의 강한 중력을 가진 블랙홀은 블랙홀 주변의 빛을 휘게 만드는데 이 빛이 우리가 볼 수 없는 블랙홀의 중앙을 비추면서 블랙홀의 윤관이 드러나게 한다고 한다. 이것을 블랙홀의 그림자라고 한다. 대략 1억 개 이상의 블랙홀이 우리 은하계 속에 있을 것으로 추정되며 우리 은하수계 구상성단의 중심에는 태양 질량의 약 천 배에 해당하는 블랙홀이 있다고 알고 있습니다. 그리고 수십 개의 은하들이 모여있는 은하군 중심에는 태양 질량의 십억 배에 해당하는 블랙홀이 있다고 한다. 은하군보다 더 많은 은하를 포함하고 있는 은하단의 중심에는 태양 질량의 천억 배의 거대한 블랙홀이 있을 것으로 추정한다.
블랙홀은 항성을 흡수하거나 블랙홀끼리 융합을 하며 초대질량 블랙홀이 형성될 수 있으며 대부분의 은하의 중심에는 초대 질량 블랙홀이 존재한다고 추측하고 있다. 블랙홀의 성질을 알아낼 수 있는 방법은 블랙홀이 다른 물질과 상호 작용하는 것을 관찰하는 것인데, 블랙홀 위로 낙하한 물질은 강착 원반을 형성하는데 원반은 마찰로 인해 뜨거워지며 이로 인해 열복사로 열을 발산한다. 우주에서 가장 밝은 천체인 퀘이사는 이러한 원리로 생성된 천체이다.
블랙홀의 경계
블랙홀로부터 탈출이 불가능하게 되는 경계를 Event Horizon이라고 하는데 이 경계를 넘어가게 되면 그 어떤 것도 블랙홀로부터 절대로 탈출할 수 없게 된다. 일방 상대성 이론에 따르면 블랙홀에 가까울수록 시간은 점점 느려진다고 한다. 이것은 다른 사람이 외부에서 봤을 때 시간이 느려지게 보이는 것이지 블랙홀에 가까운 사람은 느끼지 못한다고 한다. 따라서 블랙홀에 빨려 들어가는 사람은 수천수만 년에 걸쳐 블랙홀에 빨려 들어가고 있는 것처럼 느껴진다. 이는 강한 중력 때문에 시공간이 왜곡되어 시간이 외부에 비해 느리게 가기 때문이다.
블랙홀의 관측
블랙홀은 오랜 시간동안 이론상으로만 존재했지만 중력이 너무 강하고, 너무 어두우며 멀리 있기 때문에 관측할 수 없었다. 그래서 우리가 블랙홀을 볼 수 있는 방법은 어떤 별이 방출하는 x선을 전파망원경으로 보았을 때 빛이 휘어지는 것을 확인하여 블랙홀을 관찰하는 것이다.
블랙홀을 관찰하는 것은 블랙홀에서 나오는 1.3mm의 파장대 전파를 관측해 분석하는 방식을 활용한다. 망원경의 정밀도가 런던의 공원 벤치에 앉아서 뉴욕 맨해튼 노상 카페에 앉은 사람의 손목시계를 보고 몇 시인지 알 수 있는 정도 있는 6개 대륙에 위치한 8개의 전파망원경으로 지구로부터 5천5백만 광년 떨어진 블랙홀을 관측했다.
블랙홀의 존재가 더욱 확실해진 것은 시그너스 엑스원이라는 블랙홀이 발견된 사건이다. 인공위성에서 전파 망원경을 이용해 관측되었으며 빛이 휘어져 생성되는 지금 400억 km의 고리 모양 안쪽에 위치하는 것으로 관측됐다.
블랙홀의 구별
블랙홀은 유형과 크기별로 종류를 나눌 수 있다. 유형별로 나누었을 때, 블랙홀을 질량, 운동량, 전하에 의해 특징이 결정되며 블랙홀이 되기 이전의 천체의 성질과는 아무런 관련이 없다.
유형별로 나누었을 때, 단순한 점 모양인 슈바르츠실트 블랙홀, 고리 모양의 커 블랙홀, 질량도 있고 각운동량도 있고 전하도 있는 커 뉴먼 블랙홀 등이 있다.
크기별로 블랙홀을 분리했을 때 마이크로 블랙홀, 원시 블랙홀, 항성 블랙홀, 중간 질량 블랙홀, 초대질량 블랙홀 등이 있다. 초대질량 블랙홀은 태양의 질량의 10만 배에서 100억 배에 이른다. 우리 은하의 중심에도 태양 질량의 430만 배가 되는 블랙홀이 있다.
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