블랙홀 발견, 진짜로 블랙홀이 존재할까?

블랙홀 발견되다.
이론으로 존재하던 블랙홀이 실제 관측되었습니다.
아인슈타인은 1916년 발표한 일반 상대성이론에서 중력이 시공간의 구조를 어떻게 형성하는지 설명하며 블랙홀의 존재를 처음으로 예측했습니다.

최초의 블랙홀은 백조자리에서 약 6,070광년 떨어진 곳에서 발견되었습니다.

블랙홀(Black hole)은 천체학에서 일컫는 것으로, 질량이 굉장히 밀집되어 있어 주변의 모든 물체가 그것을 중심으로 강력한 중력을 받는 이상체를 말합니다.
블랙홀의 존재는 일반 이론에 의해 증명되었으며, 여러 지적 증거들을 통해 확인되었습니다.

영화 인터스텔라 중 블랙홀의 모습

예를 들어, 은하중에 있는 블랙홀의 존재는 그 주변의 천체들의 운동을 관찰하는 것으로 알 수 있습니다. 제임스 웹 망원경은 이러한 블랙홀을 보다 선명하게 이미지를 촬영할 수 있도록 개발하여 우주로 발사되었습니다.

블랙홀이란?

블랙홀은 극심한 중력을 가진 이상체로, 이론적으로는 일반 이론을 기반으로 증명되었으며 실제로는 은하 중심, 광선 추적, 주변 천체의 운동 관측 등을 통해 증거를 얻을 수 있습니다. 블랙홀은 일반적으로 대질량 천체의 중심에서 발생하며, 그 중심에 있는 질량이 매우 밀집되어 있어 주변의 모든 물체가 그것을 중심으로 강력한 중력을 받게 됩니다.

블랙홀은 초대 질량을 지닌 우주 물체입니다. 이 물체의 존재는 극단적인 방식으로 주변 환경에 영향을 미치며 시공간을 뒤틀고 주변 물질을 과열시킵니다.

강력한 중력은 빛뿐만 아니라 시간도 왜곡합니다. 강력한 중력 하에서는 시간의 흐름이 느려지기 때문에 사건의 지평선에 가까워지면 주변 경관이 가속한 것처럼 보입니다. 멀리서 사건의 지평선에 접근하는 물체를 보면 마치 느린 동작으로 움직이는 것처럼 보이게 됩니다.

credit: European Southern Observatory, European Space Agency, M. Kornmesser

이 그림은 ESA 블랙홀 인포그래픽으로 회전하는 물질의 얇은 원반은 블랙홀 중력에 의해 분해된 태양과 같은 별의 잔해로 구성된 것을 보여 줍니다. 충돌 파편의 충격뿐만아니라 질량 가중에따라 발생 된 열은 초신성 폭발을 닮은 빛의 파열을 생성합니다.

https://youtu.be/e-P5IFTqB98

블랙홀에 있다고 보는 사건의 지평선의 바깥쪽에 근접하면 빛이 블랙홀을 돌고 돌아와 자기 자신의 모습이 바로 그 자리에 나타납니다. 이것은 중력에 의해 빛이 블랙홀 주위를 돌기 때문이지요. 제임스 웹 우주 망원경

제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope, JWST)은 NASA와 ESA (European Space Agency) 그리고 CSA (Canadian Space Agency)가 공동 개발한 우주 망원경입니다.

credit: European Southern Observatory, European Space Agency, M. Kornmesser

제임스 웹 우주망원경이 지구에서 150만km 떨어진 라그랑주 포인트 L2 지점에 도착하여 별을 관측하는 모습을 상상한 그림입니다.

제임스 웹 망원경은 2021년 3월 30일에 우주로 발사되었습니다. 제임스 웹은 미국과 유럽, 캐나다가 25년간 13조원을 들여 개발한 사상 최대 크기의 우주망원경입니다. 2022년 1월 지구에서 150만㎞ 떨어진 관측 지점에 도착했습니다.

이 망원경은 우주의 초기 역사를 연구하기 위해 설계되었으며, 이를 위해 고해상도 이미지를 촬영할 수 있는 기술을 사용하고 있습니다. 이전의 망원경들에 비해 훨씬 더 넓은 스펙트럼을 관찰 할 수 있으며, 블랙홀의 더욱 선명한 이미지를 제공할 수 있다는 것으로 예상됩니다.


블랙홀이 실제로 있을까?

M87은 블랙 홀을 포함하는 은하 중 하나입니다. 우리은하의 중심에 있는 은하로 블랙 홀 모습이 2019년에 이미지로 촬영되었으며, 이 이미지는 이 블랙 홀의 상세한 형상을 보여주며 이 블랙 홀이 얼마나 거대한지를 보여줍니다.

이 사진은 이벤트호라이즌망원경(Event Horizon Telescope) 과학자들이 은하 M87 중심 블랙홀의 첫 이미지입니다. 태양보다 65억 배나 큰 질량을 가진 블랙홀 주변의 강렬한 중력에서 빛이 굴절되어 만들어진 밝은 고리를 보여줍니다.

빛나는 가스 원반과 같은 밝은 영역에 잠겨 있는 그림자와 비슷한 어두운 영역을 만드는 블랙홀이 생길 것을 볼 수 있는데 이는 아인슈타인의 일반상대성이론에 의해 예측 된 것입니다.

블랙홀에는 ‘응축원반(accretion disk)’이라는 물질의 원반이 있습니다. 블랙홀의 응축원반에 포함된 물질은 광속의 50% 속도까지 가속할 수 있습니다. 그래서 입자 사이의 미세한 마찰이나 충돌에 의해 10억도나 되는 고온에 도달하기 때문에 사건의 지평선은 아주 깜깜한데 응축원반은 믿기 어려울 정도로 밝은 것입니다.