우주에 관해 관심을 가지고 우주여행을 상상하다 보면 블랙홀에 대한 궁금증을 피해 갈 수 없을 것이다. 영화 인터스텔라에서 보았던 아름다운 이미지처럼 과연 그렇게 좋은 풍경이기만 할 것인가?
1. 블랙홀의 기원
그것은 핵연료를 소진하고 중력붕괴를 겪은 거대한 항성의 잔해로 만들어진다고 알려져 있다. 별이 연료가 떨어지면 중력에 대항하여 더 이상 자신의 무게를 지탱할 수 없게 된다. 별의 중심핵은 스스로 붕괴하여 중성자별로 알려진 믿을 수 없을 정도로 밀도가 높은 물체가 만들어진다. 만약 중심핵이 충분히 무겁다면, 중성자별의 중력은 너무 강렬해져서 더 붕괴하여 무한한 밀도와 부피가 0인 특이점을 형성한다. 이 특이점은 사건의 지평선으로 둘러싸여 있으며, 그 너머의 아무것도, 심지어 빛조차도 블랙홀의 중력을 벗어날 수 없다. 영원히 자신을 태우면서 빛을 낼 것 같은 항성이 자신이 가진 모든 연료를 다 태운 다음의 운명은 그것의 질량에 따라 달라진다. 태양의 1.4배 이하의 질량을 가진 비교적 가벼운 별은 에너지를 모두 소모하고 나면 지구 정도의 백색왜성이 되어서 천천히 식어가게 되고, 1.4에서 3배 정도의 질량을 가진 별은 강한 중력 붕괴를 겪은 후 초신성이 되어 폭발한다. 반면 태양보다 3배 이상 무거운 거대질량의 항성은 그 질량 때문에 수축을 계속하게 되고 결구 블랙홀을 만들게 된다. 이것의 형성은 강력한 중력, 극단적인 온도, 고에너지 복사를 포함하는 복잡하고 격렬한 과정이다. 그것은 우주에서 가장 매혹적인 현상 중 하나이다.
2. 블랙홀의 특징
1) 이벤트호라이존이라고 불리는 사건의 지평선이다. 블랙홀로 들어가는 것은 어떤 것도 돌이킬 수 없는 지점이다. 그것은 중력이 너무 강해서 탈출이 불가능해지는 경계이다. 이곳을 가로지르는 모든 것은 필연적으로 블랙홀의 중심에 있는 특이점을 향해 당겨진다. 2) 특이점은 그 중심에는 무한한 밀도와 0 부피의 공간이다. 우리가 이해하는 물리법칙은 깨지고 이점을 넘어서 무슨 일이 일어나는지 현재로선 예측이 불가능하다. 3) 호킹복사(Hawking Radiation): 이것은 블랙홀에 의해 방출되는 것으로 알려진 이론상의 복사이다. 이 이름은 1974년 처음으로 존재를 제안한 물리학자 스티븐 호킹의 이름을 따서 지어졌다. 양자역학에 따르면, 가상 입자 쌍은 끊임없이 존재하고 그러고 나서 서로를 소멸시킨다. 이벤트 호라이존 부근에서 이런 일이 일어날 때, 한 입자는 끌어당겨지고 다른 입자는 빠져나갈 수 있으며, 이로 인해 블랙홀은 시간이 지남에 따라 에너지와 질량을 잃게 된다.
3. 지구에서 가장 가까운 블랙홀은 어디에?
뱀주인자리에 있는 가이아 BG1이 우리가 사는 지구에서 가장 근거리에 있는것으로 알려져 있다. 1,600광년 떨어져 있다. 이것은 이전 기록에 가깝다고 알려졌던 외뿔소자리의 X선 쌍성보다 지구에 3배 가까이 근접해 있다. 가이아 BH1은 2022년 유럽 우주국의 가이아 우주 망원경에 의해 발견되었다. 이 발견은 지구가 태양을 공전하는 것과 거의 같은 거리에서 블랙홀을 공전하는 태양과 비슷한 별인 블랙홀의 동반자를 주의 깊게 관찰함으로써 가능했다. 하버드&스미스소니언 천체물리학 센터의 천체물리학자이자 맥스 플랑크 천문학 연구소의 수석 저자인 카림 엘-바드리는 "태양계를 예로 들면, 태양이 있는 곳에 블랙홀을 놓고, 지구가 있는 곳에 태양을 놓으면 이 시스템을 얻을 수 있다"라고 말한다. 이것은 우리 은하의 항성 질량 블랙홀 주위의 넓은 궤도에서 태양과 같은 별을 명확하게 발견한 최초의 사례이다. 가이아 BH1 시스템은 블랙홀이 어떻게 형성되는지에 대한 현재의 과학자들이 가진 이해와 모순되는 부분이 있어서 특이하다. BH1은 항성으로서의 생애 초기에 초거성이 될 정도로 이미 질량이 크다. 오늘날과 같이 성숙하기 훨씬 전에 동반성을 집어삼킬 만큼 충분히 커졌어야 했다. 엘-바드리는 "이 시스템이 이전 표준 진화 모델에 쉽게 적용되지 않는다는 것이 흥미롭다."라고 결론지었다. 그것은 쌍성계가 어떻게 형성되었는지 뿐만 아니라, 이 휴면 상태의 블랙홀들이 얼마나 더 많이 존재하는지에 대한 의문을 일으키기 때문이다.
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