블랙홀

그 이름이 너를 속이지 않도록 해라: 블랙홀은 빈 공간이 아니다 오히려, 그것은 아주 작은 지역에 꽉 들어찬 엄청난 양의 물질이다. - 태양보다 10배나 더 큰 별을 생각해 보자. 그 별을 뉴욕시의 지름 정도 되는 구에 압축했다고 생각하면 된다. 그 결과는 빛조차 빠져나갈 수 없을 정도로 강한 중력장 발생한다. 최근 몇 년 동안 NASA는 우주에서 가장 매혹적인 이 이상한 물체의 새로운 이미지를 그렸다. 빛이 빠져나갈 수 없을 정도로 거대하고 밀도 높은 우주에 있는 물체에 대한 생각은 수 세기 동안 있었다. 가장 유명한 것은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측되었는데, 이 이론은 거대한 별이 죽으면 작고 밀도 높은 잔해핵을 남긴다는 것을 보여주었다. 만약 핵의 질량이 태양의 질량의 약 3배 이상이라면, 중력의 힘은 다른 모든 힘을 압도하고 블랙홀을 만들어낸다. 현시점으로 X선, 빛 또는 다른 형태의 전자기 방사선을 탐지하는 망원경으로 블랙홀을 직접 관측할 수 없다. 그러나 우리는 블랙홀의 존재를 유추하고 근처에 있는 다른 물질에 미치는 영향을 탐지함으로써 블랙홀을 연구할 수 있다. 예를 들어, 블랙홀이 성간 물질의 구름을 통과하면, 블랙홀은 물질을 안으로 끌어들인다. 별 또한 블랙홀 가까이 지나가면 비슷한 과정이 발생하는데 이 경우 블랙홀은 별을 자기 쪽으로 끌어당기면서 찢을 수 있다. 끌어당긴 물질이 가속되고 가열되면서 우주로 X선을 방출한다. 이처럼 블랙홀이 강력한 감마선 폭발을 일으키고, 근처의 별을 집어삼키며, 새로운 별들의 성장을 촉진하는 등 주변 지역에 상당한 영향을 미치는데 이를 통해 블랙홀의 존재 여부를 파악할 수 있다. 별의 끝은 블랙홀의 시작이다. 대부분 블랙홀은 초신성 폭발로 죽는 큰 별의 잔해에서 형성된다. (작은 별들은 빛을 가두기에 충분히 거대하지 않은 밀집 중성자 별이 된다) 항성의 총 질량이 충분히 크면(태양의 약 3배) 어떤 힘으로도 중력의 영향을 받아 항성이 무너지는 것을 막을 수 없다는 것을 이론적으로 증명할 수 있다. 그런데 별이 무너지면서 이상한 일이 일어난다. 별의 표면이 "사건 지평선"이라고 불리는 가상의 표면에 가까워질 때, 별에서의 시간은 멀리 있는 관찰자들이 바라보는 시간에 비해 느려진다. 표면이 사건의 지평선에 도달하면 시간은 정지하고 별은 더 이상 붕괴할 수 없다. 심지어 더 큰 블랙홀은 별의 충돌로 인해 발생할 수 있다. 2004년 12월 발사 직후, NASA의 스위프트 망원경은 감마선 폭발로 알려진 강력하고 순간적인 빛의 섬광을 관찰했다. 찬드라와 NASA 허블우주망원경은 나중에 이 행사의 "잔광"으로부터 데이터를 수집했고, 관측 결과 천문학자들은 함께 블랙홀과 중성자 별이 충돌할 때 강력한 폭발이 일어나며 이는 블랙홀을 생성할 수 있다고 결론을 내렸다. 베이비 앤 자이언츠 비록 기본적인 형성 과정은 이해되지만 블랙홀의 과학에서 하나의 영원한 미스터리는 블랙홀이 근본적으로 다른 두 개의 크기 눈금 위에 존재하는 것처럼 보인다는 것이다. 한쪽 끝에는 거대한 별들의 잔재인 수많은 블랙홀이 있다. 우주 전체에 퍼진 이 "별의 질량" 블랙홀은 일반적으로 태양보다 10배에서 24배 더 크다. 천문학자들은 다른 별이 블랙홀의 중력에 의해 블랙홀을 둘러싼 물질 일부가 가려질 만큼 가까이 다가갈 때 이 별들을 발견하며 그 과정에서 엄청난 X선을 뿜어낸다. 그러나 대부분의 별의 블랙홀은 고립된 삶을 영위하고 있어 발견이 불가능하다. 그러나 과학자들은 이런 블랙홀을 만들 수 있을 만큼 큰 별의 수로 미루어 보아 은하수에만 무려 1000만~10억 개의 블랙홀이 있는 것으로 추정하고 있다. 크기 스펙트럼의 다른 쪽 끝에는 "초거대" 블랙홀로 알려진 거인들이 있는데, 이 블랙홀은 태양보다 수백만 배, 수십억 배는 더 크다. 천문학자들은 초질량 블랙홀이 사실상 모든 큰 은하계, 심지어 우리 은하계의 중심에 있다고 믿고 있다. 천문학자들은 그들이 근처의 별과 가스에 미치는 영향을 관찰함으로써 그것들을 탐지할 수 있다. 역사적으로 천문학자들은 오랫동안 중간 크기의 블랙홀이 존재하지 않는다고 믿어왔는데 찬드라, XMM-뉴턴, 허블의 최근 연구결과 중간 크기의 블랙홀이 존재한다고 말하고 있으며 초거대 블랙홀의 형성을 위한 하나의 가능한 메커니즘은 초거대 블랙홀을 형성하기 위해 초거대 항성의 축적을 초래하는 소형 항성 군집 내 별들의 연쇄 충돌 반응을 수반하며, 그 결과 중거대 블랙홀을 형성하기 위해 붕괴된다. 그 후 항성 군집은 은하 중심부로 가라앉고, 그곳에서 중간 질량 블랙홀이 합쳐져 초질량 블랙홀을 형성한다.