오늘 포스팅 주제는 바로 과학자들이 블랙홀을 찾는데 이용하는 방법들에 대한 내용입니다. 바로 시작합니다.
블랙홀의 중력은 너무 강력해서 빛조차 빠져나올 수 없습니다 또는 블랙홀의 강력한 중력은 그 주변에 시공간을 아주 강하게 휘저어 놓고 있죠 뿐만 아니라 블랙홀의 안쪽은 인류의 과학으로도 도저히 설명할 수 없는 미스터리로 가득합니다 우리의 상식을 뛰어넘는 이러한 특징 때문에 블랙홀은 공상과학 영화의 소재로 많이 이용되어 왔습니다
블랙홀은 가히 물 주에서 가자 이상한 천체 라고 불러도 과언이 아닙니다 하지만 블랙홀은 너무 어두워서 가장 강력한 마음 경을 이용해도 직접 볼 수는 없습니다 그럼에도 불구하고 과학자들은 블랙홀의 이러한 특성들을 어떻게 알아낸 것일까요 그냥 단순히 추정 일 뿐인 걸까요 아니면 블랙홀은 상상 속에서만 존재하는 천체 인 걸까요
블랙홀은 정말 존재하기는 하는 걸까요 블랙홀은 1916년 칼 슈퍼 러츠 실트 의해 처음 계측 되었습니다 그는 블랙홀이 라는 천체는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 불가피한 결과 라고 생각했죠 즉 아인슈타인의 상대성 이론이 모두 옳다면 블랙홀은 무조건 존재 해야 된다는 겁니다 또한 로저 펜로즈 라는 과학자는 일반 상대성 이론을 이용해 블랙홀의 특이점 을 연구하기 시작했는데요 텐 노즐은 천체가 블랙홀로 품게 되면 기존의 모든 물리 법칙이 무너지는 특이점이 발생된다는 것을 수학적으로 증명했습니다
이를 통해 더 많은 과학자들이 블랙홀의 존재를 늦게 되었고 블랙홀에 대한 연구도 활발히 진행될 수 있었죠 참고로 로저 펜로즈 는 특이점 논문을 비롯해 블랙홀 연구에 대한 업무가 인정되어 2020년에 습에 물리학상을 수상하게 됐습니다 하지만 아직 이론에 불과합니다 더 많은 사람들을 설득시킬 하면 블랙홀의 흔적을 찾아야 합니다
오랫동안 과학자들은 모든 연료를 소모한 항성의 마지막에 대해서 연구해 왔습니다 그리고 항성의 마지막 모습은 질량의 따라서 달라진다는 사실을 발견할 수 있었죠 우리 태양 정도의 질량을 가진 항성 은 행성상 성운의 과정을 거쳐 백색왜성 이 되며 이보다 더 높은 질량을 가진 행성들은 초신성 항 거쳐 중성자 별이 됩니다
그런데 태양의 20배가 넘는 질량을 가진 더 북어 운항 성들은 초신성 을 거쳐 블랙홀로 붕괴 됩니다 이때 중심 핵은 블랙홀이 드는 과정에서 순간적으로 감마선 폭발을 일으켜 엄청난 양의 에너지를 우주로 방출하게 되는 데요 감마선 폭발이 내뿜는 에너지의 양은 일반적인 항성 들이 평생 동안 방출하는 에너지의 필적 한다고 할 수 있습니다 그 동안 과학자들은 이러한 감마선 폭발의 흔적 알마니 감지해 왔으며 그중 일부는 수십억 건넨 떨어지는 하에서 온것도 있었죠 우리는 이러한 감마선 폭발의 흔적을 통해 블랙홀의 탄생을 엿볼 수 있습니다
블랙홀은 항상 혼자서만 활동하지 않습니다 종종 두 개의 블랙홀이 쌍성 을 이루어 서로의 궤도를 돌고 있는 경우도 있죠 이러한 블랙홀 들은 서로의 중력에 의해 시공간 의 진동을 만들고 이 중 동은 우주로 점점 퍼져 나가게 됩니다 아치 연못에 돌을 던졌을 때 동심원을 그리며 퍼져 나가게 되는 물결처럼 말입니다 이러한 진동을 가리켜 중력파 라고 하며 아인슈타인의 상대성 이론을 통해 배치 캤던 현상이기도 합니다
까학자들은 2015년이 되어서야 처음으로 중력파 를 감지하는 데 성공 했는데요 그 이후로 관측 정부의 개선을 통해 지금까지 다양한 중력파 들을 감지해 오고 있습니다 가장 최근에 감지된 중력파 는 2020 년 초에 감지된 뒤 w 200 105 와 뒤 w 이건 0115 란을 2개 중력파 였읍니다 과학자들은 이 중력파 를 분석하여 블랙홀과 중성자 별이 충돌하여 만들어졌다는 사실을 알아낼 수 있었습니다
많은 블랙홀 들이 감마선 폭발이 나 중력파 와 같은 뚜렷한 흔적들을 남깁니다 하지만 대부분의 블랙홀 들은 우리가 감지할 수 있는 뚜렷한 신호를 만들어 내지 않습니다 그렇기 때문에 우리는 우주의 얼마나 많은 블랙홀 들이 존재하는지 알 수가 없죠 이 얘기는 우리가 전혀 예상하지 못했던 장소에도 블랙홀이 숨어있을 가능성이 있다는 얘기가 됩니다 그렇다면 이렇게 조용한 블랙홀 들은 어떻게 찾아낼 수 있을까요
쉽지는 않겠지만 그래도 방법은 있습니다 바로 중력을 이용하는 겁니다 2020년에 처음 발견된 hr 5819 라는 쌍성 은 초 음에는 그냥 평범한 쌍성 처럼 보였습니다 그런데 2쌍 성을 관찰하면 할수록 이들의 움직임이 뭔가 부자연스럽다 는 것을 발견하게 되었는데요 마치 2 별들은 눈에 보이지 않는 세번째 천체 영향을 받고 있는 것처럼 움직이고 있었습니다 그리고 이 세 번째 청취에 7 야만 최소한 태양 질량의 대해 배 이상이 되어야 한다고 계산되어 줘 태양 질량의 내 배 에 달하지만 눈에 보이지 않는 어두운 전체 이러한 모든 특성에 부합하는 천체는 딱 하나밖에 없었습니다 바로 블랙 꼴입니다 참고로 이 블랙홀은 우리에게 서약 첨 광년 떨어져 있었으며 가장 가까운 블랙홀로 판명되었습니다
일반적으로 블랙홀은 무거운 항성이 붕괴되어 만들어지게 됩니다 하지만 우주에는 여전히 설명되지 않는 블랙홀 들도 존재하고 있습니다 이 블랙홀 들은 태양 질량의 수백만 또는 수십억 배달하는 어마어마한 질량을 가지고 있는데요 이러한 블랙홀을 가리켜 초대 질량 블랙홀이 라고 하며 보통은 하의 중심에 자리를 잡고 있습니다 과학자들은 여러 가지 간접 증거 들을 통해서 이러한 축대 질량의 블랙홀의 존재를 확인해 오고 있죠 예를 들어 우리 은하 중심에 있는 별들은 빛의 속도에 최대 8% 에 달하는 아주 빠른 속도로 중심을 돌고 있습니다
그리고 이 별들은 은하 중심을 나선 팔에 모양을 그리며 아주 규칙적으로 돌고 있었습니다 별들의 움직임이 예사롭지 않습니다 정치하는 잘 모르겠지만 아주 작고 엄청난 무거운 무언가가 은하 중심에 존재하고 있음은 확실해 보입니다 과학자들은 이 무언가에 질량을 개선했고 태양 질량의 무려 400만 배 라는 결과를 얻을 수 있었습니다 태양 질량의 400만 때 달하는 천체 최대 질량 블랙홀 이외에 설명할 수 있는 천체는 우주에 존재하지 않습니다
블랙홀에 대한 또 다른 증거는 바로 스파게티 허 입니다 스파게띠 발한 블랙홀에 빨려들어가는 물체가 극도의 중력에 의해 습하게 때처럼 늘어나는 현상을 말하는데요 우리는 평생동안 이러한 일을 겪을 일은 없지만 우주에는 이러한 일들이 빈번하게 일어나고 있습니다 2020 년 10월 경 과학자들은 블랙홀로 빨려 들어가는 물체가 만들어 낸 스파게티 화의 흔적을 목격했습니다 바로 특정 지점을 실 뭉치처럼 여러번 감고 있는 여러 가닥의 파장을 포착한 건데요
과학자들은 이것이 블랙홀로 빨려 들어가고 있는 천체 의해 만들어진 스파게티 화라고 결론 내렸습니다 d 별을 빨아들이고 있는 블랙홀은 태양 질량의 3000만 대 에 달했으며 지구에서 약 7억 5천만 광년 떨어져 있었죠 스파게티 화의 직접 관측은 블랙홀의 존재를 말해주는 가장 강력한 간접 증거 라고 할 수 있습니다 [음악] 앞서 소개했던 간접 증거들이 있어도 여전히 미심쩍어 하는 사람들이 있을 수 있습니다 하지만 이 마지막 증거를 통해 그동안 의심은 모두 사라지게 될 겁니다
바로 과학자 들이 촬영한 블랙홀의 사진을 통해서 말입니다 2019년 4월에 과학자들은 드디어 초대 질량 블랙홀의 직접적인 이미지를 얻는 데 성공했습니다 이 블랙홀 사진은 하나의 망원경이 아닌 전 세계의 터져 있는 수많은 전파 40 병들을 연결해서 얻을 수 있었는데요 과학자들은 초나 자리에 이 은하의 중심을 겨냥해서 이 놀라운 초대 질량 블랙홀의 사진을 찍을 수 있었죠 블랙홀의 의해 가려진 중심부에 어두운 그림자와 그 주변에서 밝게 빛나고 있는 고리가 아주 인상적입니다 태양 질량의 65억 100 의 질량을 가지고 있는 이 블랙 걸은 블랙홀의 존재를 가장 확실하게 보여주는 증거라고 할 수 있습니다
이상으로 과학자들이 블랙홀을 찾는데 이용하는 방법들 포스팅 마칩니다.