NewsPeppermint

천문학자들은 우주의 거의 모든 은하에 블랙홀이 존재한다는 증거를 가지고 있습니다.

비록 지구 주변에는 블랙홀이 존재하지 않지만, 이 우주 전체에는 셀 수 없이 많은 블랙홀이 존재합니다. 우리가 속한 은하 뿐만 아니라 우리 눈에 보이는 천억 개의 은하 거의 모두에 블랙홀이 있다는 증거가 관측되고 있습니다.

우리 은하에서 새로 생기는 별 중 약 1천 개당 하나는 블랙홀이 될 수 있을 만한 질량을 가집니다. 우리의 태양은 블랙홀이 되지 않습니다. 그러나 태양보다 25배 더 무거운 별들은 가능합니다. 항성 크기의 블랙홀은 이런 별들의 종말과 함께 탄생하며, 은하의 어느 위치에서나 있을 수 있습니다.

우리 태양보다 수백만 배에서 수십억 배 무거운 초거대 블랙홀은 은하의 중심부에만 존재합니다. 지구로부터 2만 6천 광년 떨어진 은하수의 중심부인 궁수자리 A에 태양보다 400만 배 더 무거운 우리 은하의 초거대 블랙홀이 자리잡은 것으로 생각되고 있습니다. 초거대 블랙홀이 어떻게 발생하는가는 아직 알려져있지 않습니다.

블랙홀은 별의 묘비입니다.

그 신호는 핵폭탄에 의한 것이 아니었습니다. 지구의 것도 아니었습니다. 1967년 7월 2일, 인공위성들은 먼 우주에서 온 감마선 폭발 신호를 감지했습니다. 이제 와서 생각해보면, 이 신호는 블랙홀이 실재한다는 최초의 증거인 듯합니다. 과학자들은 오늘날 감마선 폭발을 죽어가는 별의 마지막 날숨이자 갓 태어난 블랙홀의 울음 소리로 이해하고 있습니다.

이런 극적인 변화는 거대 항성이 자신을 모두 태워버렸을 때 일어납니다. 별은 붕괴하기 시작하고, 폭발합니다. 별의 바깥 층은 우주로 퍼져나가지만 내부는 점점 더 안으로 수축해 너무 작은 공간에 너무 많은 물질이 존재하게 됩니다. 자신의 중력을 버티지 못하고 다시 내부로 붕괴하게 되며 극단적으로 블랙홀을 만들게 됩니다.

이론적으로는 어떤 크기의 질량이라도 충분히 작은 공간에 우겨넣기만 한다면 블랙홀이 될 수 있습니다. 만약 이 지구를 콩 하나의 크기로 줄인다면 지구 역시 블랙홀이 됩니다.

‘블랙홀은 아무런 정보를 남기지 않습니다’

2011년 3월 28일, 천문학자들은 40억 광년 떨어진 은하의 중심부로부터 나오는 긴 감마선을 검출했습니다. 이는 블랙홀이 별을 잡어먹는 순간이 처음으로 관측된 것입니다.

블랙홀에 들어간 것은 무엇이든 – 별, 원숭이, 아이폰, 학교의 문법 선생님 등 – 똑같아집니다. 물리학자 존 아치볼드 휠러는 이를 “A black hole has no hair”라고 말했습니다. 이는 블랙홀에서 중요한 것은 오직 질량, 스핀, 전하량 뿐이라는 뜻입니다.

블랙홀은 더 많이 먹을수록 더 커집니다. 2011년 과학자들은 3억 광년 떨어진 곳에서 지금까지 발견된 블랙홀 중 가장 큰 블랙홀을 발견했습니다. 이 블랙홀의 질량은 태양의 210억 배에 달합니다. 이 블랙홀이 두 블랙홀이 합쳐진 결과인지, 하나의 블랙홀이 많은 질량들을 흡수했기 때문인지는 알려져있지 않습니다. 그리고 어떻게 블랙홀이 그렇게 커질 수 있었는지도 알지 못합니다.

블랙홀을 찾기 위해 우리는 빛의 경로를 추적합니다.

빛은 블랙홀을 탈출할 수 없으며, 이는 블랙홀에서 내부에서 나오는 빛을 관측하는 것은 불가능하다는 뜻입니다. 블랙홀의 경계를 사진으로 발견하는 것도 어려운 일이며 운이 좋아야만 가능한 일입니다.

사실 아직 그런 일은 일어나지 않았습니다. 과학자들은 별이 붕괴할 때, 감마선 폭발이 있을 때, 초신성, 또는 블랙홀로 접근했다가 풀려난 물체가 뿜어내는 고에너지 라디오파를 관찰할 수 있기를 바라고 있습니다. 일반적으로 은하의 중심부에서 높은 에너지가 관측될 경우 그 중심부는 블랙홀일 가능성이 높습니다.

쉐퍼드 도엘레만과 그의 동료들이 궁수자리 A 와 다른 블랙홀인 M87을 관측하기 위해 사용하는 이벤트 호라이즌 망원경에는 세 대륙의 과학자 100여명 이상의 노력이 들어 있으며 매우 정교한 원자시계가 사용되고 있습니다. 6개의 산 위에 설치된 7개의 망원경이 시간을 동일하게 맞춘 상태에서 같은 방향을 바라보며 신호를 기다리고 있습니다. 이들은 최초로 이벤트 호라이즌의 이미지를 받게 될지 모릅니다.

블랙홀도 영원한 것은 아닙니다.

호킹 복사란 양자역학 효과에 의해 블랙홀의 에너지가 우주로 빠져나오는 것을 말하며, 이는 블랙홀이 결국 증발할 것이라는 사실을 알려줍니다. 물론 블랙홀이 완전히 증발하는 데 걸리는 시간은 우주의 나이보다 몇 배가 더 걸릴 것으로 예상됩니다.

호킹 역시 아인슈타인처럼, 처음에는 자신의 이론을 믿지 않았습니다. 그러나 그의 계산은 정확했습니다. 물리학자들은 그의 결과가 양자 중력 이론의 중요한 기틀이 될 수 있을 것으로 생각하고 있습니다.

유럽의 거대한 자석은 지구를 파괴하지 않을 겁니다.

2008년 유럽의 거대 하드론 충돌장치(LHC)를 시동하기 전, 어떤 이들은 이 27km 반경의 지하 가속기에서 충돌되는 양성자가 블랙홀을 만들고 결국 지구를 먹어버릴지 모른다고 걱정했습니다.

이미 10여 년 전, 같은 주장이 브룩하벤 국립연구소의 상대론적 중이온 가속기 시동에 앞서 나온적이 있습니다. 그리고 과학자들은 그 주장이 터무니없는 일이라는 것을 밝힌 바 있습니다. 이들의 계산에 따르면, 우주에서 들어오는 고에너지 입자들은 이미 매년 100여 회의 미소한 블랙홀을 만들고 있습니다. 그런 작은 블랙홀이 문제가 된다면, 이미 지구는 벌써 사라졌겠지요.

2008년 6월 발표된 안전보고서 역시 LHC 가 실제로 안전하다고 주장했습니다. 실험은 진행되었고 힉스보존은 발견되었으며 지구는 아직 존재하고 있습니다.

이런 실험이 계속되는 동안 지하의 가속기 안에서는 작은 블랙홀들이 생길지 모릅니다. 그리고 이들을 관찰함으로써 방화벽 파라독스에 대한 답을 찾게 될지 모릅니다.

1부로

(뉴욕타임즈)

원문 보기