안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 블랙홀이라는 존재는 왜 생기는 것일까요??
블랙홀은 중력때문에 생기는데 물질이 너무 많이 모이게 되면서 자체 중력을 이기지 못하고 무한히 작은 점인 특이점으로 붕괴하면서 나타나게 됩니다. 이 과정에서 빛조차 빠져나올수 없을 만큼 중력이 강해지게 되고 사건의 지평선을 형성하게 되지요! 블랙홀은 질량이 태양보다 약 20배 이상 큰 별들이 마지막에 초신성 폭바릉ㄹ 일으키고 중심핵이 남아 너무 무거우면 중력을 이기지 못하고 블랙홀을 형성하게 된답니다! 블랙홀은 자연의 필연적인 결과인데, 뉴턴역학, 아이슈타인의 일반 상대성이론, 양자역학을모두 고려하여 볼때 블랙홀은 자연스럽게 탄생하여야 하는 천체입니다! 블랙홀은 우주에서 필히 존재하는것인데 블랙홀은 단순히 모든것을 빨아들이는 괴물이 아니라 우주의 구조를 형성하는 중요한 역할을 하게 됩니다! 은하를 형성하는 중심 역할을 하지요!
Q. SF를 보다가 떠오른 생각인데요. 초소형 블랙홀이 지구 대기권으로 와서 충돌하면 어떤 현상이 발생 할까요?
초소형 블랙홀은 매우 작은 질량을 가진 블랙홀입니다. 태양보다 몇배에서 수백억배 무거운 거대한 천체이지만 초소형 블랙홀의 겨 ㅇ우 원자크기보다 작은 블랙홀을 의미하지요. 빅뱅 직후 생성된 원시 블랙홀, 고에너지 입자 충돌로 생성, 양자 중력 이론에서 가정하는 기원으로 나누어지게 됩니다. 만약 이들이 지구 대기권에 진입하게 되다면 호킹복사에 따라 블랙홀이 입자-반입자 쌍을 방출하며 서서히 증발하게 되고 질량이 작은 블랙홀일수록 증발 속도가 빠르며 질량이 작으면 순식간에 폭발적으로 증발하기에 대기권에 진입하더라도 증발할 가능성이 높습니다. 만약 초소형블랙홀이 대기권을 통과할 정도로 크다면 지구 대기를 통과한 후에도 지구 중시믕ㄹ 향해 이동하게 될것이며 이론적으론 거의 물질과 상호작용하지 않고 지구를 통과할것으로 보입니다. 하지만 지구를 위협할 정도로 크다면 지구와 충돌하며 엄청난 중력으로 인한 초고온 플라즈마의 방출 + 강한 방사선 폭발이 발생하게 될것이며 이러한 블랙홀은 초소형 블랙홀이 아니라 거대한 천체 블랙홀 수준일것입니다. SF적인 가정처럼 ㄴ만약 초소형 블랙홀이 오래 지ㅗㄱ된다면 지구 내부를 순환할수도 있게 되어 지구를 왔다 갔다 하며 진동할수도 있겠찌요. 이런 블랙홀은 중력파를 미세하게 방출할수 있지만 영향은 미세할것ㅇㅂ니다.
Q. 다른 행성들도 지구처럼 자전축이 기울어져 있나요?
지구의 자전축 기울기는 약 23.5도 기울어져 있고 이로 인하여 태양의 입사각이 변하며 사계절이 발생하게 되는것이지요. 만약 지구의 자전축이 수직이라면 계절 변화가 없고, 낮과 밤의 길이가 항상 일정했을 것입니다. 각 행성의 자전축 기울기는 모두 다 다르며 계절의 존재 여부와 강도가 이에 따라 달라지게 되지요~ 수성은 0.03, 금성 177,4, 지구 23.5, 화성 25.2, 목성 3.1, 토성 26.7, 천왕성 97.8, 해왕성 28.3 으로 지구, 화성, 토성, 해왕성은 계절이 존재하는것으로 알려져 있습니다~ 자전축이 거의 기울어져 있지 않은 행성들은 계절변화가 없다고 보셔도 됩니다! 천왕성이나 금성의 경우 극단적인 계절변화를 야기하게 되지요!
Q. 우리가 보는 별중에 이미 사라진 별을 어느 별인가요?
우리가 밤하늘에서 보는 별중엔 실제로 이미 사라졌지만 아직 빛이 도착하고 있을 별도 있을 가능성이 충분히 있지요! 별빛은 우리에게 도달하는데 시간이 꽤나 걸리게 디는데 어떤 별이 1000광년 떨어져 있다면 우리가 보는 그 별의 빛은 1000년 전의 모습인것이지요. 만약 그 별이 최근에 사라졌다면 우리는 아직까지 볼수 있께 되는것입니다. 천문학적으로 초신성폭발이 일어나면 별이 사라지는것으로 보고 있는데 대마젤란 은하의 SN1987A와 같은 별들이 그 대표적인 예라고 할 수 있습니다! 또한 오리온자리의 적색초거성인 베텔게우스 같은 경우는 곧 사라질 가능성이 있는 별이 되겠지요! 사실상 사라졌지만 여전히 보이는 별은 많지 않게 되고 일반적으로 맨눈으로 보이는 별들은 비교적 가까운 거리 안에 있기에 그들이 최근에 사라젿사면 우리는 아직 이를 감지 못할수도 있습니다!
Q. 암흑에너지가 시간 왜곡을 일으킬 가능성이 있을까요? 아주 미세하게라도? 아주아주 조금이라도 없을까요?
암흑에너지는 우주 가속 팽창을 설명하기 위해 도입된 개념인데 현재까지 정확한 본질은 밝혀지지 않았찌요. 일반적으로 우주의 모든 공간에 균일하게 퍼져 있는 에너지의 형태로 가정합니다. 이를 설명하는 대표적인 모델로 우주상수가 있으며 아이슈타인의 일반 상대성 이론에서 중력 방정식의 한 하으로 추가 됩니다. 우주상수는 공간 자체의 팽창을 유도하는 형태로 작용하지만 현재까지는 물리학이론에서 국소적인 시공간의 곡률을 변화시키는 방식으로 작용하지는않는다고 알려져있습니다. 즉 암흑에너지는 중력처럼 질량이 있는 물체 주변에서 시간 팽창을 유발하는 방식으로는 작용하지 않는다는게 현재까지의 관점입니다. 그러나 암흑에너지가 단순한 우주 상수가 아나리 진화하는 동적장이라면 공간뿐만 아니라 흐름에도 영향을 미칠수도 있을것입니다. 암흑에너지가 시간의 흐름에도 영향을 미친다면 시간팽창과 암흑에너지, 암흑에너지와 시공간의 국소적인 변화로 살펴볼수 있습니다. 만약 암흑에너지가 중력적 효과를 갖게 된다면 상대성이론에서 말하는 중력적 시간지연 현상을 유발하게 되겠지만, 암흑에너지가 중력처럼 특정한 국소적인 공간을 휘게 하지 않게 합니다. 암흑에너지가 시공간에 퍼져 있는형태로 작용하면서 공간뿐만 아니라 시간의 팽창률에도 기여할 가능성은 이론적으로 제기될수 있지요. 암흑에너지가 공간의 팽창을 일정하게 유지하는 역할을 하게 한다면 특정한 조건에서 공간의 팽창률이 지역적으로 다르게 나타나면서 시간 흐름의 미세한 변호를 초래할 가능성도 배제할수 없게 되고 이는 현재의 실험적 관측으로 검증된 바 없기에 미세한 수준으로 가능할것으로 예상할수 있습니다. 현재 암흑에너지가 단순한 우주상수가 아니라 동적 장일 경우 암흑에너지가 시간에 따라 변화할수 있으며 이러한 경우 시간의 흐름에 미세한 영향을 줄 가능성을 제기하게 합니다.