블랙홀은 1783년 존 미첼에 의해 처음으로 이론화되었다.
현대 이론은 1915년에 카를슈바르츠 실트가 아인슈타인 방정식을 특수 솔루션으로 이끌었던 것을 시작으로 그 존재가 실제로 확인 된 것은 1971년의 일이다. 이후 이 수수께끼 영역에 대한 연구들은 뜨겁게 달아올랐었다.
최근 중력파가 관측 되었다는 뉴스가 화제가되고 있었지만, 이로인해 블랙홀의 비밀이 더 해명되게 될 것이다. 여기에서는 지금까지의 연구로 추측되는 블랙홀에 관한 10가지 비밀에 대해서 알아보자.
10. 블랙홀은 3가지가 존재한다.
첫 번째 유형은 항성 블랙홀(위사진)이라하고, 3가지 중 최소이다. 태양보다 큰 별이 붕괴를 계속하여 형성된다. 작지만 놀라운 고밀도인데, 비유하자면, 태양의 3배의 질량을 가지는 것이 지구의 1도시의 크기로 압축되어 있는 느낌이다. 우리가 사는 은하에는 수억 개의 항성 블랙홀이 있다고 추측된다.
가장 큰 블랙홀은, 초대질량 블랙홀로 불린다. 그 형성 메커니즘은 불분명하다. 반지름이 태양과 거의 같음에도 불구, 질량은 수십억 배이다. 은하수와 같은 은하의 중심에 있을 수 있다.
마지막 종류가 중간 질량 블랙홀로 그뜻 그대로 중간 블랙홀이다. 성단의 항성이 연쇄 반응적인 붕괴를 일으키는 것으로 형성된다고 생각하고 있다. 2014년에야 그 존재가 확인되었다.
9. 그 모습은?
블랙홀을 관측할 수없다. 너무 강한 중력이기 때문에, 빛조차도 그곳에서 벗어날 수 없기 때문이다. 그러나 블랙홀로 떨어지는 가스는 가열된 빛날이를 관측할 수있다. 만약 블랙홀을 볼 정도의 망원경이 있어 그것을 들여다보면, 중앙에 검은 구멍이 있는 회전 원반 같은 것이 보일 것이다.
8 블랙홀의 충돌
2015년 9월 14일, 레이저 간섭 중력파 관측소(LIGO)의 검출기가, 우주에서 작은 처프 신호를 감지했다. 그 정체는 13억 년 전에 10억 광년에서 발생 한 2개의 블랙홀의 충돌이었다. 각각의 블랙홀의 질량은 태양의 29배 및 36배였다. 충돌 직전 두 블랙홀은, 서로 선회하였고 5분의 1초 만에 태양의 62배의 질량을 가진 하나의 블랙홀이 탄생했다. 합체 할 때 질량의 일부는 에너지로 변환되어 중력파로 방출되었다.
중력파는 아인슈타인이 이론화 한 것으로, 시공에 간섭하여 중력의 파문을 일으킨다. 문제는 중력파를 검출하는 방법이 아니며, 그것이 정말 존재하는지 확인할 수 없었던 것이다. 이 발견은 큰 과학적 돌파구라고 칭찬받았고, 스티븐 호킹 등은 우주의 인식을 바꾸는 중요한 과학적 순간이라고 평하고 있다.
7. 주위의 시간은 천천히 흐른다
영화 "인터스텔라"를 보신 분이라면, 블랙홀에 가까워지면 어떻게 되는지 알고 있을 것이다. 이렇게, 시간의 흐름이 느려지는 것. 하나 잘못이 있다면, 시간 왜곡은 그다지 극단적이지 않다는 것이다.
시간 왜곡은 중력에 기인한다. 중력이 강하면 시간도 느려지고, 또한 느려지기는 커녕 사상(事象)의 지평면을 넘어서면 아예 멈춘다.
6. 중앙에는 무엇이 있는가?
블랙홀의 한가운데에는 특이점이라는 시공의 굴곡이 있을 수 있다. 특이점에 접근함에 따라 물질의 대부분이 뭉개져서 매우 작고 고밀도의 공간에 넣어진다. 사실 특이점에서 물질은 차원조차 존재하지 않는 점까지 반하게 되는 것이다. 또한 특이점은 물질을 캡처 무한대로 성장한다. 그러나 블랙홀의 내부를 관찰 할 수 없기 때문에, 어디까지나 이론상의 것으로 그 존재를 의심하는 물리학도 있다.
5. 가장 가까운 블랙홀
검출이 어렵기 때문에, 가장 가까운 블랙홀의 위치를 정확하게 파악할 수 없다. 당초 가장 가까운 블랙홀은 은하의 중심에 있다고 생각되어왔다. 그러나 현재는, 약 3,000광년 떨어진 외뿔소 자리의 V616 Mon(A0620-00)이 가장 가까운 블랙홀로 간주하고 있다.
4. 에너지 원
초기에는, 사상 지평면을 넘어서면 거기에서 탈출하는 것은 불가능하기 때문에, 블랙홀은 에너지를 흡수 할 뿐이다라고 간주했다. 그러나 1970년대 스티븐 호킹은 블랙홀이 사상 지평면 주위에 에너지를 방출한다는 것을 증명했다. 이것을 호킹 복사라고 진공의 양자적 요동에 의해 일어난다.
이렇게 되면, 그 힘을 사용할 수 있지 않을까라는 의문이 떠오른다. 1983년 물리학 팀은 사상 지평면 부근에 에너지 수집 장치를 떨어 뜨리고, 단순히 그것을 끌어 올릴 수 있다고 주창했다. 이것은 밧줄과 양동이로 우물에서 물을 긷는 것과 비슷하다. 물론 사상 지평면으로 끌려뜰어갈 수 있기 때문에, 튼튼한 물통과 밧줄이 필요하다. 또 다른 방법으로는 "현"을 꿰뚫어버리면, 호킹 복사가 흘러들어간다는 것도 있다. 정확하게 가스등의 응어리에서 기름이 배어나는 것 같은 느낌.
3. 인공적으로 만들 수 있나?
물론 블랙홀은 위험한 것으로, 지구상에서 그런 것을 만들고 싶은 사람은 아무도 없다. 하지만, 이론적으로는 무해한 작은 블랙홀을 만들 수 있는 것같다. 2014년 호킹 복사를 이용하여 연구자들이 블랙홀을 재현할 뻔한 적이있다. 그러나 현 단계에서는 아직 성공한 사례는 없다.
2. 오랜 시간에 걸쳐 증발
호킹 복사의 재미있는 점은, 이것이 블랙홀을 증발시켜 버리는 것이다. 양자 역학에 의하면 항상 가상 입자가 생성하고 소멸하고 있다. 이것이 생성되면 입자와 반입자가 결합하고 다시 사라진다. 그러나 사상 지평면 부근에서 2개의 입자가 생성되면, 결합하여 사라지지 않는다. 대신 한쪽이 블랙홀에 빠지고, 한쪽은 우주로 방출되는 것이다. 방출되는 입자는 오랜 시간 동안 블랙홀을 약화시킨다. 즉, 형태가 있는 것이 시간에 걸쳐 사라지는....
1. 블랙홀에 빠지면 어떻게 될까?
만약 지구만한 크기를 가진 블랙홀에 사람이 뛰어들면 어떻게 될까? 당신의 몸은 튜브에서 밀려 난 치약처럼 되어 버릴 것이다.
인체를 길게 늘인것과 같이, 영국의 우주 물리학자 마틴리스의 말을 빌리면 "스파게티 화" 될 것이다. 결국 원저보다 작은 입자로 되고, 블랙홀로 빠져들어간다. 다행 인 것은, 지나치게 고속으로 진행되기 때문에 무슨 일이 일어났는지 모른채....그냥 끝날 것이라는.
그러나 예를 들어 태양계 정도로 더 큰 블랙홀에 뛰어든 경우, 몸은 그대로의 모습을 유지할지도 모른다.
만약 블랙홀 속에서 살아남을 수 있다면, 시공의 굴곡이 보이고 블랙홀에 빨려 들어가는 모습을 보게 될 것이다. 동시에 앞으로 낙하하면서 모든 것의 모습도 눈에 들어올 것이다. 즉, 빅뱅에서부터 시간이 끝날 때까지의 우주의 모든 역사를 동시에 보게 될 것이다.
