우주의 신비 블랙홀의 수수께끼

우주의 신비 블랙홀의 수수께끼

 

안녕하세요!! 뽀우입니다^^
광활한 우주 블랙홀에 대해 알아보겠습니다!!

블랙홀

1916년 독일의 천체 물리학자 카를 슈바르츠 실트는 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 방정식에서 세계 최초로 블랙 홀 이란 천체의 존재를 알아 냈습니다.
그 뒤 전파와 적외선, 가시 광선, X 선 등 다양한 파장의 빛을 사용하고 우주를 관측할수 있게 되면서 거의 모든 은하의 중심에는 매우 강한 중력으로 모든 것을 빨아들이면서 성장하는 블랙 홀이 실재하는 것을 나타내고 있습니다. 블랙 홀을 이해하는 것은 은하, 나아가서 우주의 성립을 이해할 수 있습니다.그래서 수많은 천문학자가 블랙 홀에 주목하고 있습니다.

1,블랙 홀은 어떤 천체일까?

여기에서는 항성 수준 질량의 블랙 홀에 초점을 맞추어 봅시다. 모든 항성은 우리와 같이 수명이 있습니다. 그 일생은 수천만~수백억년이라 하며, 일생을 끝내려고 별은 더 작은 밀도의 높은 천체로 거듭납니다.
밀도는 전 행성의 질량에 의하여 결정됩니다. 태양 정도 질량의 항성은 1cm 네모난 부피의 질량이 약 1t이 되고 백색 왜성에 태양의 8~30배의 질량의 항성은 1cm 네모난 부피의 질량이 약 5억 t이 됩니다.

 

그보다 무거운 항성은 1cm 네모난 부피의 질량이 200억 t이상에 이르는 블랙 홀이 되는것 입니다.

 

아인슈타인에 의해 시공은 천체의 중력에 의해서 비뚤어지지가 않는다라는 말이 제창되었습니다. 첫머리에서 소개한 카를 슈바르츠 실트는 아인슈타인 방정식을 푸는 것으로 블랙 홀은 실제 우주에서 어떻게 해서 태어나는지에 대해 해결방안을 알아냈습니다.
그 후의 연구로 항성의 최후에 일어나는 초신성 폭발 때 너무 밀도가 높아진 천체는 자신의 중력을 지탱하지 못하고 중심을 향하여 수축하는 것에서 시공을 크게 왜곡하고 마침내는 시공에 구멍을 뚫는 것을 알았습니다. 그 천체가 블랙 홀 입니다.
블랙 홀은 중력이 매우 강하기 때문에 일단 블랙 홀에 빨려 들면 빛조차 탈출할 수 없습니다. 빛이나 물질이 탈출하지 못하는 경계는 사건의 지평선 이라고 불립니다. 사건의 지평선보다 안쪽에서는 빛조차 탈출할수 없기 때문에 블랙 홀의 직접적인 관측이 불가능합니다. 그러나 블랙 홀 주위에 있는 물질을 관측함으로써 간접적인 관측이 가능한 것입니다.
블랙 홀 근처에 있는 천체와 천체에서 흘러나오는 물질은 각 운동량을 가지고 있으므로 바로 블랙 홀에 들어가는 것이 아니라 블랙 홀 주위를 소용돌이 치면서 점차 떨어지는 것을 알고 있습니다. 이 소용돌이는 강착 원반 라고 부릅니다. 또 블랙 홀에 떨어지다 없었던 물질의 일부는 제트가 되고, 강착 원반 면에 수직으로 힘차게 분출합니다. 제트는 가늘게 좁혀진 고온 가스의 흐름이며 그것은 빛의 속도의 99%에 가깝습니다. 아울러 블랙 홀 주위에서는 윈드라고 불리는 제트보다 늦게 나오는 분출류도 확인됩니다. 강착 원반이나 제트기, 윈도에서는 다양한 파장의 빛이 방출되고 전파와 가시 광선, 자외선, X 선, 감마선 등에서 관측되고 있습니다.

 

2,블랙 홀이 은하에 미치는 영향을 미치고 있을까?

빛을 방출하거나 제트나 윈드를 분출시키기에는 막대한 에너지원이 필요합니다. 이 에너지의 근원이 블랙 홀의 중력 에너지인, 그것을 열 등의 에너지로 변환하는 강착 원반입니다. 강착 원반 안쪽과 바깥에서는 물질의 회전 속도가 다릅니다. 중력은 안쪽으로 갈수록 강하고 안쪽이 빠른 회전하는 회전 속도의 차이에 의해서 원반 내에 마찰열이 생깁니다. 이 열이 빛이 되고 있는 것입니다. 또 이때 태어난 빛의 압력(복사 압력)이나 자기장이 제트를 가속시키고 있다고 생각됩니다.
이들이 주위의 은하에 대해서 강한 영향을 주는 것은 아닙니다. 그러나 어느 정도 은하의 형성과 진화에 영향을 미칠지에 대해서는 거의 알 수 없습니다. 그 원인은 에너지원인 강착 원반이나 제트기의 메커니즘이 복잡하고, 계산식을 푸는 것이 힘들기 때문입니다. 어느 정도의 에너지가 어느 방향에 빛이나 제트기 그리고 윈드로 방출될지는 해명이 되지 않습니다. 그래서 블랙 홀 주위의 플라스마(강착 원반이나 제트기, 윈드)의 관측 결과와 비교하며 슈퍼 컴퓨터를 사용하고 수치 시뮬레이션을 실시함으로써, 강착 원반의 이해를 통해서 블랙 홀 자체와 블랙 홀과 은하의 관계를 풀어내고 있습니다.

3,블랙홀에도 종류가 있을까?

현재 블랙 홀은 질량의 차이 때문에 3가지로 나뉩니다. 우선 태양의 약 10배의 질량의 항성 질량 블랙 홀, 태양의 100~1만배의 질량의 중간 질량 블랙 홀, 그리고 태양의 100만~100억배 질량의 거대 질량 블랙 홀 입니다. 항성 질량 블랙 홀은 항성이 수명을 맞이했을 때 초신성 폭발로 일어날 거라고 생각되고 있습니다. 그러나 거대 질량 블랙 홀의 방식은 거의 알 수 없습니다. 현재 크게 블랙 홀끼리의 합체와 초임계 강착의 2가지 시나리오를 볼수있습니다.
반면 중간 질량 블랙 홀에 관해서는 여러가지 논란이 되고 있습니다. 현재 X선원으로 불리는 매우 밝은 천체가 500개 이상도 관측되고 있어 그 중심에 중간 질량 블랙 홀이 있을 가능성이 제시되고 있습니다. 그이유는 에딩턴 광도는 블랙 홀의 질량에 비례하므로 질량이 충분히 크면 에딩턴 광도를 넘지 않아도 매우 밝게 빛나는 것이 있기 때문입니다. 중간 질량 블랙 홀 합체나 중간 질량 블랙 홀의 질량 강착은 거대 질량 블랙 홀 형성 시나리오의 1개로 보입니다. 그러나 X선원의 중심에 있는 블랙 홀이 초임계 강착으로 반짝이고 있다고 한다면 X선원의 정체는 항성 질량 블랙 홀이 되어 새로운 시나리오를 생각하지 않으면 안 됩니다. 그래서 현재 X선원은 블랙 홀의 성장을 도와주는 중요한 요소의 1개가 되고 있습니다.

이상뽀우였습니다!
감사합니다^^