블랙홀이란?(feat. 사건의 지평선)

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학 흥. 재. 과입니다!

 

최근 블랙홀의 사진을 찍는 프로젝트가 성공하면서 컴퓨터 모델링이 아닌 

실제 블랙홀 모습을 전 세계가 알 수 있게 되었는데요!

 

SF영화인 인터스텔라에서는 주인공이 "가르강튀아"라는 초거대 질량 블랙홀의

중력을 이용하여 인듀로언스호의 추진력을 얻게 하는 방법인 "스윙바이"를 하기도 했습니다.

 

오늘은 우주에서 가장 신비로운 현상 중 하나인 블랙홀에 대해서 알아보겠습니다!

 

실제 촬영된 블랙홀 - 출저(NASA)

 

블랙홀(Black Hole)

1. 블랙홀이란?

우주에 생긴 검은 구멍이라는 뜻의 블랙홀은

주변의 빛조차 흡수함으로써 '흑색'으로 보이는 것입니다.

 

하지만, 우주에서 "구멍"은 존재하지 않습니다.

별이 죽음으로서 생긴 하나의 천체인 것이죠.

 

블랙홀에서는 엄청난 중력으로 어떠한 물리법칙도 파괴되며 

빛마저도 탈출할 수 없는 천체를 의미합니다.

 

2. 블랙홀의 종류

분류 기준에 따라 여러 종류로 나뉘지만 

오늘은 크게 두 가지의 블랙홀 형태를 알아보겠습니다.

 

가르강튀아 - 출저(영화 인터스텔라)

 

커 블랙홀(Kerr balck hole)

커 블랙홀은 뉴질랜드의 수학자 로이 패트릭 커(Roy Patrick Kerr)가

아인슈타인의 상대성이론을 기반으로 하여 수학적 계산을 통해

모델링에 성공한 회전하는 블랙홀입니다.

인터스텔라에 나오는 "가르강튀아"가 이 커 블랙홀에 해당되죠ㅎㅎ

 

흔히 "회전 블랙홀"이라고도 하며 무거운 별의 중력붕괴에 의해 생긴 천체입니다.

커 블랙홀의 특징은 사건의 지평선이 점이 아닌 고리모양으로 생겼으며

회전을 하고 있기에 타원형의 모양을 띠고 있습니다.

 

※ 사건의 지평선(Event Horizon)

블랙홀의 경계를 말하며

내부에서 일어난 사건이 외부에 영향을 줄 수 없다는 뜻을 의미합니다.

막대한 질량이 중앙으로 모이게 되면 그 주위에는

구형태의 경계가 생기게 되는데 이것이 바로 사건의 지평선입니다.

 

중심핵이 회전하고 있기에 운동량과 전하량을 가지며

자전속도가 매우 빠른 것이 특징입니다.

 

빛이 빨려 들어가는 블랙홀

 

슈바르츠실드 블랙홀(Schwarzschild black hole)

로이 패트릭 커의 회전 블랙홀 이전에 독일의 천문학자 슈바르츠실드는

가장 기본적이고 단순한 블랙홀 모델인 슈바르츠실드 블랙홀을 계산하였습니다.

 

슈바르츠실드 블랙홀은 중심 핵이 회전하지 않기에 

운동량과 전하량이 없으며 질량만 존재하는 블랙홀입니다.

 

회전을 하고 있지 않기에 사건의 지평선은 점의 형태를 가지고 있고

그렇기에 수학적 계산을 하기에는 편한 형태입니다.

 

3.  블랙홀의 미스터리

 

많은 연구가 이루어진 블랙홀이지만 아직까지 풀리지 않는 의문점으로 인해

이와 관련하여 천문학적 난제들이 많습니다.

 

블랙홀의 질량

보통 일반적인 블랙홀은 커 블랙홀이며 이는 태양질량에 수십 배에 해당합니다.

이를 항성질량 블랙홀(Stellar black hole) 혹은 소질량 블랙홀이라고 합니다.

 

태양 질량의 수만 배에서 수십, 수백억 배에 달하는 블랙홀이 존재하는데요,

이를 초거대 질량 블랙홀(Supermassive black hole)이라고 합니다.

 

그렇다면 항성질량과 초거대질량 사이에 해당하는

중간질량 블랙홀은 어디에 있는 걸까요?

이론상으로는 존재하였지만 최근 몇 년 전까지만 하여도

관측한 적이 없었는데요.

 

마침내, 2019년 서울대학교 우종학 교수님의 연구에서 

세계최초로 1400만 년 광년 떨어진 은하에서 태양질량의 만 배에 해당하는

중간 질량 블랙홀(Intermediate black hole)을 세계최초로 관측하였습니다!

 

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이때 우종학 교수 연구팀은 빛의 메아리 효과를 이용해서 실마리를 잡았는데요.

블랙홀에 빨려 들어가는 빛과 그로 인해 이온화되는 빛의 시간차이를 이용하여

수학적 계산을 통해 블랙홀의 질량을 구한 것입니다.

 

블랙홀의 중력이 작을수록 블랙홀의 공간 또한 작기에

먼 거리에서는 관측이 어려웠으나 이 빛의 메아리 효과를 이용하여

획기적으로 블랙홀의 질량을 정교하게 측정한 것이죠!

 

최근에는 더욱 다양한 광학기술이 도입되면서 

블랙홀의 연구 또한 발전하고 있습니다!

미래에는 블랙홀의 기원과 성질, 우주적 역할 등 다양한 부분에서

비밀을 풀어나갈 것이라 기대됩니다!

 

이상 흥. 재. 과. 였습니다!