블랙홀이란?

빛조차 탈출하지 못하는 초중력 천체

 검은 구멍을 뜻하는 블랙홀(black hole)은 이 우주에서 가장 빠른 빛(초속 약 30만 km)조차 탈출하지 못할 정도로 중력이 강한 천체입니다. 빛으로는 관측할 수 없고 우주에 뚫린 검은 구멍처럼 보인다고 해서 블랙홀이라고 불리게 되었다고 합니다.

 

어떤 천체의 표면에서 중력을 뿌리치고 뛰쳐나가기 위해서는 탈출 속도라고 불리는 일정한 속도가 필요합니다.예를 들어 지구 중력에서 탈출하기 위해서는 적어도 초속 약 11.2km의 속도가 필요합니다. 이 탈출 속도는 천체의 질량이 크고 지름이 작을수록 커집니다. 모든 질량이 '특이점'이라고 불리는 극히 좁은 영역으로 밀려들어 주위 시공간이 크게 왜곡된 것으로 여겨지는 블랙홀의 경우 탈출 속도가 광속을 웃돕니다.블랙홀 밖에서 온 빛도 강한 중력으로 나아가는 방향이 구부러져 어느 거리까지 다가가면 블랙홀에서 탈출할 수 없게 된다고 합니다. 빛이 블랙홀의 중력에서 탈출할 수 있는 한계의 거리는 슈바르츠실트 반경이라고 불리며 슈바르츠실트 반경에서 그려진 가상의 구체를 사상의 지평면(사상의 지평선)이라고 부릅니다.

 

빛조차도 나올 수 없는 블랙홀 자체를 직접 볼 수는 없지만 간접적으로 관측하는 것은 가능합니다.블랙홀의 강한 중력에 이끌린 가스 등의 물질은 빨려 들어가면서도 블랙홀 주위를 고속으로 도는 강착원반을 형성합니다. 원반이라고 하지만 그 중심에는 블랙홀이 존재할 것이기 때문에 실제로는 폭이 넓은 고리와 같은 구조를 하고 있다고 생각됩니다. 이 강착원반은 빛(전자파)을 내기 때문에 그 모습을 자세히 관측함으로써 블랙홀의 성질을 조사할 수 있는 것입니다. 또 블랙홀은 모든 물질을 흡입해 버리는 것이 아니라 물질의 일부를 제트로 방출하고 있습니다.제트도 빛(전자파)을 내기 때문에 관측할 수 있습니다. 이 밖에도 블랙홀의 성질을 조사하거나 일반상대성이론을 검증하기 위해 블랙홀 바로 근처를 도는 항성의 움직임이 이용되고 있습니다.

 

블랙홀의 질량은 주위에서 가스 등의 물질을 흡입함으로써 증가하고 있으며, 최근 중력파 망원경에 의한 관측에서는 2개의 블랙홀로 이루어진 연성이 합체되었다고 볼 때의 중력파도 검출되고 있습니다. 사상의 지평면 안쪽으로 들어가 버리면 광속으로도 탈출할 수 없는 블랙홀은 영원히 성장하는 천체처럼 보이지만 양자역학적 효과에 의해 에너지를 방사함으로써 오랜 시간에 걸쳐 증발한다고도 생각됩니다. 이 현상은 제창자 스티븐 호킹의 이름을 따서 '호킹 복사(호킹 복사)'라고 불립니다.

 

019년 4월, 국제 협력 프로젝트 '이벤트 호라이즌 텔레스코프(EHT: Event Horizon Telescope)'는 타원 은하 'M87'의 중심에 있는 초대질량 블랙홀 주변 촬영에 성공했음을 발표했습니다.EHT에서 공개된 이 사진을 보면 주황색으로 표시된 링 안에 뻥 뚫린 검은 구멍이 뚫려 있는 것처럼 보입니다.

EHT에서는 블랙홀 자체의 촬영이 아니라 블랙홀의 강한 중력으로 나아가는 방향을 굽혀 지구를 향해 온 빛(전자파)에 의해 그려진 블랙홀의 섀도우(그림자)를 촬영하는 데 성공했습니다. M87의 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 사상 지평면은 직경 약 400억 km로 보이며, 섀도는 그 2.5배의 크기가 있는 것으로 알려져 있습니다.