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블랙홀은 검다.(Black Holes Are Black) 목록

조회 : 1275 | 2005-12-26


왜 블랙홀은 검은 색일까? 그것은 블랙홀이 사건의 지평선을 가지고 있기 때문이다. 사건의 지평선은 일반 상대성 이론에 의해 그 존재가 예측되었던 것으로 그너머에서는 심지어는 빛마져도 돌아올 수 없는 그런 곳이다. 지구궤도를 돌고 있는 찬드라 관측 위성을 이용하여 우주를 관측하고 있는 천문학자들은 이중성에서 이 사건의 지평선 즉 블랙홀을 찾아냈다고 생각하고 있다. x 선 신성이라고 불리기도 하는 이 이중성은 보통의 별과 이 별로부터 많은 질량을 끌어 들이고 있는 밀도가 높고 질량이 큰 동반성으로 이루어져 있다. 그림에 나타난 바와 같이 많은 물질이 빠르게 소용돌이 치면서 이 동반성으로 빨려들어가고 있는데 이 때 뜨거워진 물질이 강한 x 선을 낸다. 만약에 이 동반성이 우측 그림에서 보는 것과 같은 중성자성이면 동반성으로 빨려들어가는 물질은 표면에 충돌하게 되고 그렇게 되면 더 〈?물질은 표면에 충돌하게 되고 그렇게 되면 더 강한 x 선을 내게 될 것이다. 그러나 이 동반성이 사건의 지평선을 가지고 있는 블랙홀이라면 동반성으로 빨려들어가는 물질은 빛 속도에 가까운 속도 빨려들어가겠지만 이 사건의 지평선을 너머서면 아무 것도 돌아오지 못하고 시야에서 사라지고 말 것이다. 최근의 관측에 의하면 x 선을 내는 동반성들은 두 그룹으로 나눌 수 있다는 것을 알게 되었는데 한 그룹에 속하는 동반성은 다른 그룹에 속하는 동반성들에 비해 100배나 강한 x 선을 낸다. 이 결과를 분석한 천문학자들은 희미하게 보이는 동반성은 사건의 지평선을 기지고 있어 이와같은 밝기의 차이가 생기는 것이 아닌가 생각하고 있다.






블랙홀은 물질이 중력수축을 일으켜 그 크기가 임계반지름인 슈바르츠실트의 반지름 이하로 줄어든 천체로 검은구멍이라고도 한다.
블랙홀은 A.아인슈타인의 일반상대성이론에 근거를 둔 것으로, 물질이 극단적인 수축을 일으키면 그 안의 중력은 무한대가 되어 그 속에서는 빛·에너지·물질·입자의 어느 것도 탈출하지 못한다.






블랙홀의 생성에 대해서는 다음 2가지 설이 있다. 첫째는 태양보다 훨씬 무거운 별이 진화의 마지막 단계에서 강력한 수축으로 생긴다는 것이다. 둘째는 약 200억 년 전 우주가 대폭발(Big Bang)로 창조될 때 물질이 크고 작은 덩어리로 뭉쳐서 블랙홀이 무수히 생겨났다는 것이다. 이렇게 우주 대폭발의 힘으로 태어난 블랙홀을 원시(原始) 블랙홀이라고 한다. 일반적으로 태양과 비슷한 질량을 가진 별은 진화의 마지막 단계에 이르면 백색왜성이라는 작고 밝은 흰색 천체가 되어 그 일생을 마친다.그러나 태양 질량의 수배가 넘는 별들은 폭발을 일으키며 초신성이 된다. 이때 바깥층의 물질은 우주공간으로 날아가고, 중심부의 물질은 반대로 내부를 향해 짜부라져 중성자별[中性子星]이 된다. 이러한 중성자별은 그것에서 나오는 규칙적으로 맥동(脈動)하는 전파인 펄서가 발견되어 그 존재가 확인되었다. 하지만 펄서이 태양보다 10배 이상인 무거운 별들은 폭발 때문에 중심부의 물질이 급격히 짜부라진 후에도 그 중력을 이기지 못하여 더욱 수축하게 된다. 이러한 수축은 천체의 크기가 슈바르츠실트의 반지름에 이르러서야 정지한다. 천체가 이 임계반지름에 이르면 물질의 모든 사상은 한 점에 모이는, 즉 부피는 0이 되고 밀도는 무한대인 특이현상이 일어나고, 모든 힘을 중력이 지배하게 된다. 이러한 천체는 1789년 프랑스의 P.S.라플라스가 처음 생각한 것으로, 그 속을 빠져나오는 데 필요한 탈출속도는 빛의 속도보다 크기 때문에 결국 빛조차 빠져나오지 못한다.





이러한 천체는 직접 관측할 수 없는 암흑의 공간이라는 뜻에서 블랙홀이라 부르게 되었다.
일반상대성이론에 따르면 블랙홀은 아주 강력한 중력장을 가지고 있기 때문에 빛을 포함하여 근처에 있는 모든 물질을 흡수해 버린다. 그래서 블랙홀의 내부는 외부와 전혀 연결되지 않은 하나의 독립된 세계를 이룬다. 만일 지구만한 천체가 블랙홀이 된다면 그 반지름은 0.9cm에 이를 것이고, 태양은 그 반지름이 2.5km보다 작아진다.
실제로 블랙홀이 될 수 있는, 태양 질량의 10배 이상인 별은 그 반지름이 수십km밖에 안 되고, 반대로 중력은 지구의 100억 배 이상이 된다.






블랙홀은 직접 관측이 불가능하기 때문에 오랫동안 이론적으로만 존재해왔으나, 근래에 인공위성의 X선망원경으로 백조자리 X-1이라는 강력한 X선원을 발견하여 그 존재가 확실해졌다. 백조자리 X-1은 청색 초거성과 미지의 천체가 쌍성(雙星)을 이루고 있는데, 초거성으로부터 물질이 흘러나와 미지의 천체 쪽으로 끌려들어가는 것이 확인되었으며, 아마도 미지의 천체는 블랙홀로 되어 있을 것으로 추측된다.








한편, 우주의 탄생과 함께 생겨난 원시블랙홀 중에는 태양 질량의 30억 배에 달하는 거대한 것과 빅뱅 후 플랑크시간이라는 아주 짧은 시간 동안 심한 충격파에 의해 생겨난 미소블랙홀이 있다. S.호킹에 따르면 이 미소블랙홀은 크기가 10-37cm쯤이고, 질량이 10-11g 정도로 아주 작은 것들이며, 시간이 지남에 따라 질량을 잃고 증발한다. 블랙홀은 우리 은하계 안에도 약 1억 개가 있을 것으로 추산된다. 특히 구상성단의 중심에는 태양 질량의 1000배에 해당하는 거대한 블랙홀이 있고, 은하계 중심에는 태양질량의 10억배, 은하단의 중심에는 태양 질량의 1014배나 되는 큰 블랙홀이 있을 것으로 생각된다.






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