우주에 블랙 홀(Black Hole)이 존재한다.

[성충정]

우주에 블랙 홀(Black Hole)이 존재한다.

 

(질문) 우주에 블랙 홀이 존재하는지요?

(천사의 대답) 존재합니다.

블랙홀(black hole)은 중력장이 너무나 커서 사상의 지평선을 지나면 어느 것도 빠져나올 수 없게 되는 공간의 영역을 말한다.

블랙홀의 명칭은, 전자기 복사(즉, 빛)조차도 빠져나올 수 없어서, 내부를 볼 수 없게 한다는 사실에서 유래되었다.

어쨌거나, 블랙홀은 사상의 지평선 바깥쪽의 물체와 상호작용할 수 있다면 검출이 가능하다. 주위를 회전하는 별로부터 기체를 끌어들이는 경우는 그 한 예이다. 기체는 안쪽으로 나선을 그리며, 그 과정에서 매우 높은 온도로 가열되어 많은 양의 복사에너지를 방출한다.^[1][2][3]중력이 너무 강해 빛조차도 빠져나오지 못하는 물체에 대한 생각은 18세기에 제안되었고, 아인슈타인의 일반 상대성 이론(1916년)에서 묘사된다. 이 이론은, 충분히 큰 질량이 충분히 작은 영역의 공간에 존재한다면, 모든 공간의 경로는 공간의 중심을 향하여 안쪽으로 휘어져, 모든 물체와 복사를 안쪽으로 떨어지게 된다고 예측하였다.일반 상대성 이론은 블랙홀을 텅빈 공간이며, 그 중심에 특이점, 외부 경계에는 사상의 지평선이 있다고 묘사하였는데, 양자 역학이 고려되면 이러한 묘사는 바뀌게 된다. 스티븐 호킹등 현대 이론물리학자들의 견해에 따르면 사건의 지평선 표면에서도 에너지가 외부로 복사(Radiation)될 수 있다고 한다. 이러한 현상을 호킹 복사라고 한다.^[4][5][6]블랙홀의 표면은 통칭 사건의 지평선(Event Horizon)이라 불린다. 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 빛조차도 밖으로 나올 수 없기 때문에 이러한 이름이 붙었다.

특이점으로부터 사건의 지평선까지의 거리, 즉 블랙홀의 크기는 일반 상대성이론으로부터 블랙홀의 존재를 처음으로 끌어 낸 천체물리학자 슈바르츠쉴트의 이름을 따서 슈바르츠쉴트 반지름이라고 명명되었다.

생성과정

일반적인 항성은 항성의 중심에서 일어나는 핵융합 반응으로 인한 압력과 별의 질량으로 인한 중력이 균형을 이루고 있다.

젊은 별은 핵에서 수소를 연료로 하는 핵융합 반응이 일어나고, 별이 늙어갈수록 이 과정은 헬륨, 탄소, 산소를 거쳐 최종적으로는 철로 이루어진 핵을 갖게 된다. 이런 상황이 되면 핵융합의 압력과 중력 사이의 균형은 급속히 깨지게 되고, 별은 중력 붕괴를 일으켜 수축하게 된다. 이러한 수축 과정에서 별의 표면에서도 핵융합 반응이 일어나게 되고, 이 반응이 초신성으로 관측되기도 한다.초신성의 폭발 이후에 남은 잔해의 질량이 여전히 중력 붕괴를 면할 수 없을정도로 큰 경우에는 별의 핵은 계속 압축된다.

그 결과 발생하게 되는 것이 중성자성이고, 중성자성 마저도 자체의 질량에 의한 중력을 견디지 못할 경우에는 더더욱 압축되어 밀도나 중력의 세기가 무한대가 되는 하나의 점으로 수축해버리게 된다. 이 점을 특이점이라 한다. 특이점 근처의 공간은 매우 강한 중력에 의해 변형되고, 시간의 흐름은 늦어지며, 빛은 무한대의 적색 이동을 일으켜 관측할 수 없게 된다.질량이 큰 항성이 중력붕괴를 일으킨 후 블랙홀이 되는 경우 외에도, 빅뱅(Big Bang)시의 높은 압력으로 인하여 매우 작은 크기의 마이크로 블랙홀이 생성되는 경우 또한 존재한다.

하지만 이 마이크로 블랙홀들은 호킹복사 - 질량이 작을수록 복사가 활발하다 - 로 인하여

대부분이 소멸되고 현재는 존재하지 않을 것으로 추정된다.