블랙홀에 빠진다면 무슨 일이 일어날까?

[로버트 박]

​블랙홀에 빠진다면 무슨 일이 일어날까?

블랙홀에 빠진다면 무슨 일이 일어날까?

© NASA/CXC/M.Weiss

블랙홀은 인류에게 알려진 가장 신비로운 천체 현상 중 하나이다.

 블랙홀은 물리적으로 어둠에 싸여 있을 뿐만 아니라 그 생성으로

인해 과학이 부분적으로 해명할 수 없는 많은 의문을 남기고 있다.

 하지만 블랙홀은 우주의 물리 법칙과 함께 존재하며, 

몇 가지 해답은 분명히 찾을 수 있는데….블랙홀이란 무엇인가? 

블랙홀의 존재를 둘러싼 과학적 사실은 어떤 것들이 있으며, 

블랙홀에 빠지면 어떻게 될까? 이 갤러리에서 그 답을 찾아보자!
이미지 출처: NASA/CXC/M.Weiss

블랙홀이란?

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블랙홀은 중력이 너무 강해서 빛은 물론 그

 어떤 것도 빠져나갈 수 없는 우주의 영역이다. 

블랙홀은 때때로 우리 태양보다 

수백 배나 크며 눈에 보이지 않는다!

어떻게 만들어 지는가?

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블랙홀은 거대한 별들이 핵연료를 소진하고 

자신의 중력으로 인해 붕괴할 때 형성된다. 

이러한 붕괴는 핵심이 무한히 밀도가 높은 점, 

즉 특이점으로 압축되게 하며, 

이는 사건의 지평선으로 둘러싸여 있다.

사건의 지평선

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사건의 지평선은 블랙홀 주위의 경계로,

 이를 넘어서면 아무것도 돌아올 수 없다. 

일단 어떤 물체가 이 경계를 넘어서면, 

그것은 필연적으로 특이점 쪽으로 끌려가며 

블랙홀의 중력에서 벗어날 수 없게 된다.

특이점

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블랙홀의 중심에는 특이점이 위치해 있다, 

이는 무한히 작고 무한히 밀도가 높은 지점으로, 

우리가 알고 있는 물리 법칙들이 무너지는 곳이다. 

이 특이점은 별의 질량이 무한히 작은 공간에 압축된 곳이다.

블랙홀의 종류:

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블랙홀에는 여러 종류가 있다, 여기에는

 붕괴하는 별로부터 형성되는 항성 블랙홀과

 은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀도 포함된다.

초대질량 블랙홀

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초대질량 블랙홀은 태양 질량의 수백만에서 수십억 배에 이르고,

우리 은하수 포함 여러 은하의 중심에 존재한다. 

많은 과학자들이 여전히 그 형성 과정을 토론하고 연구하고 있다,

 그러나 이들은 은하의 진화에 중요한 구성 요소이다.

항성 블랙홀

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항성 블랙홀은 거대한 별의 잔해에서 형성된다. 

이러한 별이 핵연료를 소진하면 초신성 폭발을 겪고, 

그 핵이 충분히 거대하면 블랙홀로 붕괴할 수 있다.

중간 질량 블랙홀

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중간 질량 블랙홀은 작은 블랙홀들아 뭉쳐지거나, 

거대한 별무리의 붕괴를 통해 형성되는 것으로 믿어진다.

 이들은 항성과 초대질량 블랙홀 사이의 크기에 다리를 놓는다.

퀘이사

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퀘이사는 젊은 은하의 중심에 있는 초대질량 

블랙홀에 의해 구동되는 매우 밝고 먼 천체이다. 

강렬한 방사는 물질의 축적에서 나오며, 

블랙홀로 떨어질 때 막대한 에너지를 방출한다.

호킹 복사

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이론 물리학자 스티븐 호킹에 따르면 블랙홀은 블랙홀에서 작은

 에너지 입자를 방출하는 방사를 방출할 수 있다고 한다. 

호킹 복사로 알려진 이 과정은 매우 긴 시간에 걸쳐 

블랙홀이 증발할 수 있다.

강착 원반

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물질이 블랙홀로 떨어지면 그것은 강착 원반을 형성하고,

 내부로 나선형으로 들어갈 때 X-선 및 기타 방사를 방출한다. 

이 물질은 먼지 입자나 심지어 빛 자체로 이루어질 수 있다.

거대한 직물

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공간의 무한함을 한 조각의 거대한 

직물에 불과하다고 상상해 보라, 

각 천체 (별, 행성, 블랙홀)는 그 위에 앉아 있는 구슬이다. 

다른 천체와 비교하여 블랙홀은 훨씬 무겁다, 

그리고 그 존재는 공간의 직물 자체를 왜곡한다.

블랙홀 정보 역설

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블랙홀 정보 역설은 블랙홀로 떨어진 정보가 영원히 

사라지는지 아니면 어떻게든 보존되는지를 묻는다.

이는 이러한 천체 내부에 무엇이 있는지 아직 완전히 

이해하지 못했기 때문에 물리학에 대한 

우리의 이해에 도전한다.

첫번째 관측, 블랙홀의 그림자

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2019년, 사건의 지평선 망원경(EHT)은 

블랙홀 그림자의 첫 번째 이미지를 포착해, 

블랙홀의 존재에 대한 직접적인 시각적 증거를 제공했다. 

그 이미지는 은하 메시에 87의 중심에 있는 블랙홀의 

것이었으며, 천체물리학에서 기념비적인 돌파구로 평가된다.

방사선 제트

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일부 블랙홀은 그들의 극에서 나오는 

강력한 입자와 방사선 제트를 생성한다.

 이러한 제트는 수천 광년까지 확장될 수 있으며, 

블랙홀의 회전과 자기장에 의해 구동되는 것으로 생각된다.

컴퓨터 시뮬레이션

©NASA's Goddard Space Flight Center

/J. Schnittman and B. Powell

올해 초, NASA는 태양 질량의 430만 배에 달하는 초대질량

 블랙홀에 떨어지는 것이 어떻게 보일지를 시뮬레이션했다.

 이는 현재 우리 은하수의 중심에 있는 블랙홀에 해당한다.

이미지 출처

: NASA의 고다드 우주 비행 센터/J. 슈니트만과 B. 포웰

최상급 연산 처리 능력 슈퍼컴퓨터

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일반적인 노트북은 이 시뮬레이션을 만드는 데 수십 년이 걸렸겠지만,

 NASA 고다드 우주 비행 센터의 디스커버 슈퍼컴퓨터는 

전체 처리 능력의 단 0.3%만 사용하여 5일 만에 이 작업을 수행했다. 

그러나 여전히 질문은 남아 있다: 

블랙홀에 빠지면 무엇을 경험하게 될까?

블랙홀에 다가가는 길

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블랙홀에 가까워질수록 중력이 크게 증가한다고 느낀다.

 블랙홀의 거대한 중력은 시간과 공간에 대한 인식을 왜곡하기

 시작하며, 주변 환경을 점점 더 기묘하고 초현실적으로 만든다.

빠르게 올라가는 온도

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블랙홀의 강착 원반은 소용돌이치는 물질로 구성되어 매우 뜨겁다.

 더 가까이 다가가면 강렬한 방사선에 노출될 가능성이 높으며, 

블랙홀에 가까이 끌려가면서 치명적인 온도로 몸이 가열된다.

스파게티피케이션

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충분히 가까이 가면 차등 중력

(조석력으로 알려져 있다)이 극도로 강해진다. 

발에 가해지는 중력이 머리보다 훨씬 강해져, 

신체를 가늘고 긴 형태로 늘어뜨리며 이는 꼭 

스파게티 면처럼 가늘고 길게 늘어난다고 하여

'스파게티피케이션' (Spaghettification)이라고 불린다.

블랙홀 외부의 시간

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강렬한 중력장으로 인해 시간이 크게 지연된다. 

외부 관찰자 입장에서는 블랙홀에 빠지면서 

속도가 느려지는 것처럼 보이지만, 결국에는 

사건의 지평선을 넘지 못하고 그 가장자리에서 

정지하는 것처럼 보일 것이다.

블랙홀 내부에서의 시간

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블랙홀 안으로 떨어지는 동안 시간은 

정상적으로 흐르는 것처럼 느껴지지만, 

외부 우주는 극적으로 빨리 지나가는 것처럼 보일 것이다.

 우주의 전체 미래 역사가 짧은 시간에 펼쳐질 수 있다

돌아올 수 없는 지점

©NASA's Goddard Space Flight Center

/J. Schnittman and B. Powell

당신의 관점에서 사건의 지평선을 넘어갈 때 

즉각적인 변화를 감지하지 못할 것이다. 

그러나 일단 넘어가면 되돌아갈 수 없고 

필연적으로 특이점으로 끌려간다.

 이 시점에서 볼 수 있는 것은 블랙홀 주변의 

강착 원반에서 나오는 희미해지는 빛뿐이다.
이미지 출처:

NASA의 고다드 우주 비행 센터/J. 슈니트만과 B. 포웰

외부와 통신 중단

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블랙홀의 중력으로 인해 외부 세계와의 통신은 중단된다. 

신호가 더 이상 블랙홀의 중력장을 벗어날 수 없기 때문이다. 

메시지를 보내려는 모든 시도는 실패할 것이며, 

우주의 나머지 부분과 고립된 상태가 된다.

방사능 노출

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블랙홀에 빠져드는 동안 강착 원반과 블랙홀로 끌려가는 

다른 물질로부터 방사선에 점점 더 많이 노출될 것이다. 

이 방사선은 특이점에 도달하기도 훨씬 전에 

신체에 치명적일 수 있다.

특이점에 접근

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사건의 지평선을 넘으면 블랙홀 중심에 있는 

특이점을 향하여 점점 더 떨어지게 된다. 

중력은 더욱 강해지며 신체를 

더욱 강하게 압축하고 늘린다.

이론적으로 설명이 불가한 곳

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특이점 근처에서는 우리가 알고 있는

 물리 법칙이 기능하지 않는다.

 블랙홀의 중심에 어떤 조건이 있는지는 

아무도 모르지만, 일반 상대성 이론에 따르면 

무한한 밀도와 0의 부피가 있을 것으로 예측된다

이론적 양자효과

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일부 이론은 특이점 근처의 양자 효과가 이 지점에 도달하는

 모든 것을 증발시키는 강력한 에너지의 "파이어월" 

(블랙홀 사상의 지평선에 존재하는 굉장히 뜨거운 벽)을 

생성할 수 있다고 제안한다. 그러나 이는 여전히 

치열한 논쟁의 주제이며 추측에 불과하다.

멈추지 않는 과학적 탐구

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블랙홀을 연구하면 과학자들이 물리학의 경계와 

우주의 본질을 탐구하는 데 도움을 준다. 

블랙홀의 존재에 대해 배울 것이 아직 많지만, 

새로운 기술은 이 신비한 힘에 대한 이해를 

발전시키는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

출처: 

(NASA) (Business Insider) (Space.com) 

(Encyclopedia Britannica) (National Geographic)