불랙홀은 어떻게 생기게되는것인가요?
과학자들은 별이 블랙홀로 되는과정을 봤나요?보지도않고 어떻게 별이 붕괴돼서 블랙홀이 됐는지 가정하고 방정식을 세우고 단정을 짓는걸까요
상대성이론등 블랙홀에관한 이론이 많은데 인류는 저멀리있는걸 관측했을뿐 직접 근처에서 관찰하고 보지도 않았는데 어떻게 식을 세울까요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
블랙홀이 어떻게 생기는 지는 아직 정확하게 관측된 사실이 없습니다. 그래서 가설을 세우고 계산을 통해 이론적으로 생기는 과정을 유추할 수 있습니다. 블랙홀의 식은 비교적 단순합니다. 우리 지구나 태양 등 질량체에 대한 시공간을 기술할 때 수식을 사용하여 기술할 수 있는데, 이와 같은 형태를 가집니다. 다만 이 식에서 중력이 크고 반경이 작은 경우를 고려할 수 있는데, 이 경우가 블랙홀이 되는 것이죠. 특수한 경우의 해(답)를 블랙홀로 정의한 것입니다. 물론 이것을 실제로도 관측하였구요. 하지만 중요한 점은 블랙홀 내에서 어떤 현상이 일어나는지는 아직 기술할 수 있는 정확한 방법은 없습니다. 그래서 다양한 이론이 등장하는 것이죠. 물리학에서 현상을 설명하는 좋은 이론은 현상을 잘 기술하는 이론이 됩니다. 우리가 여러 이론을 쓰고, 관측되는 현상을 아주 정확하게 설명한다면 좋은 이론이 되죠.
블랙홀은 태양 질량의 수백배가 되는 별의 죽음으로 생성될 수 있으며, 애초에 우주에 있는 성간물질이나 가스가 응축하여 만들어질 수 있습니다.
별의 죽음으로 생기는 원리는, 거대한 별은 중력이 강합니다. 그래서 별이 살아 있을 때에는 핵융합 반응을 통해 열이 발생돼 별의 자체적인 중력과 평형을 이루며 별의 형태를 유지할 수 있습니다. 하지만 별이 죽게되면서 더 이상 핵융합 반응을 못하고 결국 자체 중력을 이기지 못하고 별이 붕괴하여 블랙홀이 되는것이죠.
애초에 우주에 있는 성간물질이나 가스가 응축하면서 만들어진 블랙홀은 물질이 뭉쳐 자체적으로 강한 중력을 이길만한 열, 에너지를 만들지 못하고 붕괴되어 블랙홀이 되는것입니다.
우주 공간의 어떤 물질이 작은 공간에 압축되면 (별의 수명이 다하거나 여러 이유가 있을 수 있습니다.)
강한 중력이 발생합니다.
이 강한 중력이 주변의 물질을 당기게 되고, 심지어 빛조차 빨아 들입니다.
블랙홀은 중력이 매우 강해 주변 물질과 빛을 모두 흡수합니다.
그래서 직접 촬영하는 것이 불가능합니다.
그렇지만 블랙홀이 물질, 빛을 빨아들일 때 막대한 에너지가 방출됩니다.
즉 이 에너지의 흐름을 촬영하면 그것이 블랙홀의 윤곽이라고 판단할 수 있게 되는 것입니다.
그리고 이 흐름이 실제로 관측되었습니다.