블랙홀(Black hole)이란?

2019년 인류 최초로 찍은 블랙홀 사진

 

 강력한 밀도와 중력으로 모든 것을 빨아들이는 시공간 영역이 블랙홀이다. 블랙홀의 존재는 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 산물이다. 상대성 이론에 의하면 빛보다 빠른 물체는 있을 수 없으므로 블랙홀은 모든 물질을 흡수한다고 본다. 블랙홀은 주위의 물질뿐만 아니라 주위의 빛도 모두 빨아들이고 나아가 시공간마저도 무한히 휘게 한다. 강력한 밀도와 중력으로 입자나 전자기 복사, 빛을 포함한 그 무엇도 빠져나올 수 없는 시공간 영역인 것이다. 일반 상대성 이론에 따르면 질량이 밀집되면 시간과 공간을 뒤틀어 블랙홀이 형성될 수 있음을 예측할 수 있다고 한다.

 

 다시 말해, 블랙홀에서 소리나 전파와 같은 모든 것, 심지어는 빛까지도 빠져나오지 못한다고 한다. 그것은 빛의 속도마저도 블랙홀에서의 이탈 속도에 훨씬 못 미치기 때문이다. 즉, 블랙홀에서 이탈하려면 빛의 속도보다 빨라야 한다는 것이다. 블랙홀을 직접 관찰한다는 것은 불가능하다. 단지, 블랙홀 주변에 위치한 별의 상태로서 어느 지점에 블랙홀이 있을 것이라고 짐작은 할 수 있다고 한다. 곧, 별에서 나온 빛이나 전파, 엑스선 따위가 이상하게도 어느 한 지점으로 끌려간다면 그곳에 블랙홀이 있을 것이라고 생각하는 것이다. 즉, 블랙홀은 주위 물질이 한 지점으로 끌려가는 중력 효과를 보고 발견할 수 있는 것이다.

 

 블랙홀은 질량이 매우 큰 별의 진화 마지막 단계에서 만들어질 수 있다고 한다. 질량이 매우 큰 별의 진화의 최종 단계에서 폭발 후 수축되어 생성된 것으로 추측된다고 한다. 이러한 별들은 내부 열핵반응에 필요한 연료가 모두 소모되어 마지막 순간에 불안정해져서 자체 중력에 의해 스스로 붕괴되기 때문에 생성된다. 사멸해가는 별은 구성물질이 사방에서 붕괴되기 때문에 특이점이라고 하는 부피가 0이고 밀도가 무한대인 한 점으로 압축된다. 특이점은 검은 구멍인 블랙홀의 중심이라고 한다.

 

 블랙홀로부터의 탈출이 불가능해지는 경계를 사건의 지평선(event horizon)이라고 한다. 어떤 물체가 사건의 지평선을 넘어갈 경우, 물체에게는 블랙홀에 빠져들어 파멸적 영향이 가해질 것이라고 본다. 그러나 바깥 관찰자에게는 속도가 점점 느려지면서 그 경계에 영원히 닿지 않는 것처럼 보인다. 사건의 지평선 안에서는 탈출하려면 빛의 속도보다 빨라야 하기 때문에 다시 말해서 탈츨 속도가 빛의 속도보다 크기 때문에 빛조차 우주 공간으로 벗어날 수 없다. 그래서 블랙홀은 빛을 반사하지 않기에 이상적 흑체처럼 행동한다고 한다. 태양 질량의 3배가 넘는 무거운 별들만이 진화의 마지막 단계에서 검은 구멍인 블랙홀이 된다고 한다.

 

 아인슈타인은 중력이 엄청 큰 블랙홀이 이론상으로나 존재할 것으로 생각했지만 2019년 4월 10일 처녀자리 A은하에서 인류 최초로 찍은 블랙홀의 사진이 공개된 것이다. 연구 결과 사진의 블랙홀은 블랙홀 뒤에서 온 빛이나 주변에서 발생한 빛이 블랙홀의 중력에 의해 휘감겨 형성된 고리 모양의 구조 안쪽에 있는 것으로 나타났다. 이 공간은 내부의 빛이 빠져나오지 못해 형성되어 블랙홀의 그림자라고 불린다고 한다.