블랙홀이 실제로 존재하는지 확인하는 8가지 방법

블랙홀이 실제로 존재하는지 확인하는 8가지 방법

블랙홀은 공상과학 소설처럼 들릴지 모르지만, 그것이 실제라는 것을 증명할 중요한 증거가 있습니다. 천문학의 모든 먼 개념 중에서 블랙홀은 가장 이상할 수 있습니다. 물질이 너무 빽빽하게 들어차서 빛 자체도 빠져나올 수 없는 공간의 영역인 이 어둠의 거대 괴물은 꽤 무서운 전망을 제시합니다. 그 내부에서 모든 일반적인 물리학 법칙이 무너지면서 블랙홀을 공상 과학 소설의 소재로 치부하고 싶은 유혹이 듭니다. 그러나 그들이 실제로 우주에 존재한다는 증거는 직간접적으로 많이 있습니다.

 

아인슈타인의 '확실한 예측'

이론적 가능성으로서 블랙홀은 1916년 칼 슈바르츠실트에 의해 예측되었으며, 그는 블랙홀이 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 불가피한 결과임을 발견했습니다. 즉, 아인슈타인의 이론이 옳고 모든 증거가 이를 시사한다면 블랙홀은 반드시 존재해야 합니다. 케임브리지 대학교에 따르면, 그들은 이후 로저 펜로즈와 스티븐 호킹에 의해 더욱 확고한 기반을 마련했습니다. 그들은 블랙홀로 붕괴되는 모든 물체가 전통적인 물리 법칙이 무너지는 특이점을 형성한다는 것을 보여주었습니다. 이는 펜로즈가 블랙홀 형성이 일반 상대성 이론의 확실한 예측이라는 사실을 발견한 공로로 2020년 노벨 물리학상을 받을 정도로 널리 받아들여졌습니다.

 

감마선 폭발

나사에 따르면 1930년대 인도의 천체물리학자 수브라마니안 찬드라세카르는 핵연료를 모두 소모한 별에 어떤 일이 일어나는지 조사했다고 합니다. 그는 최종 결과는 별의 질량에 달려 있다는 것을 발견했습니다. 나사에 따르면 그 별이 태양 질량의 20배만큼 크다면 그 자체로 태양 질량의 3배 이상이 될 수 있는 밀도가 높은 핵은 블랙홀까지 붕괴됩니다. 최종 핵붕괴는 몇 초 만에 믿을 수 없을 정도로 빠르게 일어나며, 감마선 폭발의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 이 폭발은 일반 별이 일생 동안 방출하는 만큼의 에너지를 우주로 방출할 수 있습니다. 그리고 지구상의 망원경은 이러한 폭발 중 많은 것을 감지했으며, 그중 일부는 수십억 광년 떨어진 은하계에서 왔습니다. 그래서 우리는 실제로 블랙홀이 탄생하는 것을 볼 수 있습니다.

 

중력파

블랙홀은 항상 고립되어 존재하는 것은 아닙니다. 때로는 서로의 주위를 공전하면서 쌍으로 발생하기도 합니다. 그럴 때, 그들 사이의 중력 상호 작용은 시공간에서 파문을 만들어 중력파로 외부로 전파됩니다. 이는 아인슈타인의 상대성 이론에 대한 또 다른 예측입니다. 라이브 사이언스는 레이저 간섭계 중력파 관측소 및 처녀궁과 같은 관측소를 통해 우리는 이제 이러한 파동을 감지할 수 있다고 보도했습니다. 두 블랙홀의 합병과 관련된 첫 번째 발견은 2016년에 발표되었으며, 그 이후로 더 많은 발견이 이루어졌습니다. 검출기 감도가 향상됨에 따라 블랙홀 합병 외에 다른 파동 생성 사건이 발견되고 있습니다. 예를 들어 블랙홀과 중성자별 사이의 충돌은 우리은하를 넘어 6억5천만에서 15억 광년 거리에서 발생했습니다. 이에 대해 라이브 사이언스는 지구로부터 몇 년이 지났다고 보고했습니다.

 

보이지 않는 동반자

감마선 폭발과 중력파를 생성하는 단시간의 고에너지 사건은 관측 가능한 우주의 절반쯤에서 볼 수 있지만 블랙홀은 그 특성상 대부분의 생애 동안 거의 감지할 수 없습니다. 그들이 어떤 빛이나 다른 방사선도 방출하지 않는다는 사실은 그들이 천문학자들이 알지 못하는 사이에 우리 우주 이웃에 숨어 있을 수 있다는 것을 의미합니다. 하지만 어둠의 짐승을 탐지하는 확실한 방법이 하나 있는데, 그것은 다른 별에 대한 중력 효과를 이용하는 것입니다. 2020년 HR 6819로 알려진 평범해 보이는 쌍성계, 즉 궤도를 도는 한 쌍의 별을 관찰할 때 천문학자들은 눈에 보이는 두 별의 움직임에 이상한 점을 발견했습니다. 이는 그곳에 완전히 보이지 않는 세 번째 물체가 있는 경우에만 설명할 수 있습니다. 그들이 태양 질량의 최소 4배에 달하는 질량을 계산했을 때, 연구자들은 단 하나의 가능성이 남아 있다는 것을 알았습니다. 그것은 블랙홀임이 틀림없었습니다. 지구에서 가장 가까운 블랙홀이 발견되었으며, 우리은하 내부에서 불과 수천 광년 떨어져 있습니다.

 

엑스레이 비전

블랙홀에 대한 최초의 관측 증거는 1971년에 나타났으며, 이 역시 우리 은하계 내의 쌍성계에서 나왔습니다. 백조자리 X-1이라고 불리는 이 시스템은 우주에서 가장 밝은 X선을 생성합니다. 이는 블랙홀 자체나 눈에 보이는 동반성(나사에 따르면 질량이 우리 태양의 33배에 달함)에서 나오는 것이 아닙니다. 오히려 물질은 거성에서 지속적으로 벗겨져 블랙홀 주변의 강착 원반으로 끌려가고 있으며, 나사는 이 강착 원반에서 엑스레이가 방출된다고 말했습니다. HR 6819에서와 마찬가지로 천문학자들은 관찰된 별의 움직임을 사용하여 백조자리 X-1에서 보이지 않는 물체의 질량을 추정할 수 있습니다. 최근 계산에 따르면 태양질량의 21배에 해당하는 어두운 물체가 블랙홀 외에 다른 어떤 것도 될 수 없는 작은 공간에 집중되어 있다고 과학 학술지에 실렸습니다.

 

초거대 블랙홀

일부 과학자들은 "항성 붕괴로 생성된 블랙홀 외에도 태양 질량의 수백만, 심지어 수십억에 달하는 초대질량 블랙홀이 우주 역사 초기부터 은하 중심에 숨어 있었다는 증거가 있다"라고 말했습니다. 소위 활동은하의 경우, 이러한 거대 은하에 대한 증거는 놀랍습니다. 나사에 따르면, 이 은하계의 중심 블랙홀은 빛의 모든 파장에서 강렬한 방사선을 생성하는 강착 원반으로 둘러싸여 있습니다. 우리은하의 중심에 블랙홀이 있다는 증거도 있습니다. 그 이유는 그 지역의 별들이 빛의 속도의 최대 8%에 달하는 빠른 속도로 윙윙거리는 것을 볼 수 있기 때문입니다. 따라서 그들은 극도로 작고 거대한 무언가를 공전하고 있는 것이 분명합니다. 현재 추정에 따르면 은하수 중심 블랙홀의 크기는 약 400만 태양질량입니다.

 

스파게티화

블랙홀의 존재에 대한 또 다른 증거는 스파게티화입니다. 스파게티화란 무엇일까요? 그것은 블랙홀에 빠졌을 때 일어나는 일이며, 꽤 자명합니다. 블랙홀의 극심한 중력에 의해 당신은 얇은 가닥으로 늘어나게 됩니다. 운 좋게도 당신이나 당신이 아는 누구에게도 그런 일이 일어날 가능성은 없지만 초거대 블랙홀에 너무 가까이 다가가는 별의 운명일 수도 있습니다. 천문학자들은 이러한 분열을 목격했습니다. 적어도 그들은 불운한 별이 찢어지면서 빛이 번쩍이는 것을 보았습니다. 다행스럽게도 스파게티화는 지구 근처 어디에서도 일어나지 않고, 대신 2억1500만 광년 떨어진 은하계에서 일어났습니다.

 

간접적인 증거 다수 확보

지금까지 우리는 블랙홀에 대한 강력하고 간접적인 증거를 많이 확보했습니다. 방사선이나 중력파의 폭발, 다른 물체에 대한 역학적 효과 등 과학에 알려진 다른 어떤 물체에서도 생성될 수 없는 증거가 많이 있습니다. 그러나 마지막 결정자는 2019년 4월에 활동 은하 메시에 87의 중심에 있는 초거대 블랙홀의 직접적인 이미지 형태로 나왔습니다. 이 놀라운 사진은 이벤트 호라이즌 망원경으로 촬영되었습니다. 단일 장비가 아닌 전 세계에 흩어져 있는 대규모 망원경 네트워크입니다. 나사에 따르면 참여할 수 있는 망원경이 많을수록, 간격이 넓을수록 최종 이미지 품질이 더 좋아집니다. 라이브 사이언스가 보고한 결과는 주변 강착원반의 주황색 빛에 대비하여 태양질량 65억 블랙홀의 어두운 그림자를 명확하게 보여줍니다.