블랙홀

NASA가 공개한 블랙홀 가상사진

 

블랙홀이란 중력의 당기는 힘이 너무 강해 빛을 포함한 모든 전자기파가 

빠져나가지 못하는 시공간 영역이자 천체(우주에 여러 물질이 중력에 의해 묶여 있는 상태)이다. 

블랙홀은 물질이 뭉쳐질 수 있는 한계까지 압축된 별의 잔해이다.

밀도가 커져 생성된 강한 중력으로 인해 물체의 속도가 광속을 넘지 않는 이상 빠져나갈 수 없다.

빛조차 빠져나가지 못하여 검은 구멍만 보여서 블랙홀이라 이름 지어졌다. 

 

블랙홀은 엄청난 속도로 회전하고 잇다. 너무 빠르게 회전하기 때문에 시간과 공간을 변형시킨다. 

만약에 인간이 빨려 들어간다면 그 장면을 외부에서 보는 입장에서는 인간이 블랙홀에 다가갈수록 

 

속도가 느려지는 것처럼 보이고, 블랙홀 내부로 순식간에 빨려 들어간 인간이 보는 우주는 

 

마치 미래를 보는 것처럼 빠른 속도로 시간이 흐른다고 한다.

일반적으로 블랙홀은 중력이 너무 강해서 생명체의 세포까지 분해시켜 살아남을 수 없다고 한다. 

 

블랙홀의 특징인 사건의 지평선은 물질과 빛이 블랙홀의 질량을 향해 안으로 들어갈 수만 있고

밖으로 나올 수 없는 시공간상의 경계 (이벤트 호라이즌 - 관측 가능한 현상이 일어나는 경계라는 의미) 

이 경계는 블랙홀과 나머지 우주 전체를 완벽하게 분리한다고 한다. 따라서 블랙홀 내부에서 일어나는 일들은 알 수 없다.

외부에서 관측할 때 빛을 포함한 그 어떤 것도 사건의 지평선에서 나오지 않기 때문에 관측 정보를 일절 얻을 수 없다.  

따라서 사건의 지평선 너머의 일은 알 수가 없다. 어떤 물체가 블랙홀로 떨어진다고 가정한다면,

물체가 사건의 지평선에 무한히 가까워지는 것을 볼 수 있을 뿐 사건의 지평선을 넘는 모습을 절대로 볼 수없다.

사건의 지평선을 지나는 순간의 빛은 무한한 시간이 지나야 관찰자에게도 도착할 수 있기 때문이다. 

 

 

 

2019년 인류가 최초로 화상 촬영한 처녀자리 A은하의 블랙홀

 

블랙홀의 형성 

원시 블랙홀은 빅뱅 직후에 형성된 것으로 추정된다. 

우주가 폭발하면서 팽창하는 동안 존재하는 물질 일부의 밀도가 극에 달하며 형성되었다는 것이다.

항성 블랙홀은 큰 별의 생애 마지막인 사멸과정에서 중력으로 인해 붕괴하면서 탄생한다고 한다. 

붕괴로 인해 항성이 폭발을 일으켜서 며칠간 밝기가 100만 배 이상 세지는 초신성 현상이 나타난다. 

초대질량 블랙홀은 아직 그 기원에 대한 의견이 분분하다.  

다만 블랙홀 위치한 은하와 동시에 형성됐다고 본다. 태양 질량의 수십 배에서 수천 배의 

블랙홀이 별 폭발로 형성되어 주면 물질을 빨아들이며 성장했을 것이라는 설이 있고 ,

우주 초기 물질이 모였으나 별이 형성되지 못하고 붕괴하면서 형성된 항성 블랙홀이 커진 결과라는 설 이 있다. 

 

 

NASA가 공개한 우주관측 데이터로 제작한 블랙홀이 별을 삼키는 모습

블랙홀에도 수명은 존재한다. 호킹복사 (스티븐 호킹이 주장한 양자 중력 이론의 하나로서 블랙홀이 방출하는 

열 복사선)라는  작용에 의해 입자를 방출하다 질량이 줄어들어 결국에 사라질 것으로 예측된다.

하지만 그 속도가 매우 느려서 먼 우주에 모든 별들이 죽고 난 후 블랙홀들만 이루어진 우주가 남고  

 

블랙홀들이 합쳐져  거대한 블랙홀을 이루고 그 블랙홀이 정말 오랜 시간을 거친 후에 증발하면서 

 

우주에는 균일하게 흩뿌려진 기본입자들을 제외하고는 아무것도 남지 않게 될 것이라고 한다.  





영화 속 블랙홀 '인터스텔라의 가르강튀아'

 

 

 

 

영화 속 블랙홀 가르강튀아에서는 우주선이 블랙홀을 지나가도 파괴되지 않고 주인공은 근접한 행성에 갔다 오면서 시간 차이를 경험하게 된다. 

이 영화는 물리학자인 킵 손의 과학자문을 받았다고 한다. 

가르강튀아는 킵손의  '블랙홀과 시간 굴절'이란 유명한 저서에 나오는 인간이 멀쩡하게 가까이 다가갈 수 있는  거대 블랙홀의 이름이다. 

영화 설정에서 이 블랙홀은 지구에서 100억 광년 떨어져 있으며  질량은 태양의 1억 배라는 설정이다.

과학적 이론으로는 블랙홀의 크기가 매우 크다면  사건의 지평선을 통과하고 나서도 살아남을 수 있고

태양의 수천 조배 질량을 가진 블랙홀이 존재한다면 사건의 지평선을 건넌 후 , 인간이 수십 세대를 이어갈 시간 동안 생존할 수 있다고 한다.