Q. 우주의 블랙홀도 종류가 있다고 하는데 어떤 종류가 있나요?

큰고다 2019. 11. 14.


우주에 있는 블랙홀 하면 어두운 구멍만 있는 모습만 생각나는데요. 이런 블랙홀에도 몇가지 종류가 있다고하는데 어떤 종류가 있고 특성이 있는지 궁금합니다.

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1개의 답변이 있습니다.

아이야채
생산부 2019. 11. 14

신비로움에 걸맞게 블랙홀은 여러 특이한 성질들을 갖고있습니다.

1. 블랙홀은 초신성 폭발 이후에만 생성된다?

일부 사람들은 블랙홀이 오로지 별의 수명이 다했을 때만 생성되는 천체로 오해할 수 있어.

사실 오랜 관측결과는 이 부분을 상당히 지지해.

태양 질량의 25배 이상되는 별은 그 핵의 질량만 태양의 3배가량 되는데,

이렇게 별의 중심핵이 태양질량의 3배 이상일 경우, 그 구역 내에서의 중력은

중성자 간 척력(중성자 축퇴압 이라고도 불러) 도 이겨낼 만큼 아주 강력해서 중성자도 압축시켜버리지.

그래서 끝도없이 압축되는 블랙홀이 탄생하는거야.

왜 뜬금없이 중성자가 나왔냐면, 별의 내부가 붕괴될 때에도 단계가 존재하는데,

별의 질량이 몇 배 이상이면 바로 블랙홀이 되는게 아니라

백색왜성 > 중성자별 > 블랙홀 이런 일련의 단계를 거쳐 블랙홀이 탄생해.

이 과정은 '중력'이 다음단계 진행에 지대한 영향을 미치는데,

백색왜성 컨셉아트

예를들어 태양과 같은 별은 표면의 가스를 날려버린 후 백색왜성에서 생을 마감해.

중력이 약하기 때문이지.

아무튼 이 백색왜성은 전자의 '축퇴압'으로 아슬아슬하게 버티는 별인데,

축퇴압은 쉽게말하면 '척력'이라고 보면 돼.

양자역학적으로 전자는 같은 에너지 전위(수준)에 몇 개 이상 같이 머무를 수가 없어.

이를 파울리의 베타원리라고 부르는데,

이 때문에 발생하는 전자들(페르미온)간 반발력을 축퇴압이라고 불러.

이러한 반발력은 엄청난 척력을 만들어내는데,

백색왜성의 경우 중력이 이 척력을 간신히 이기고 있는 형국이야.

그런데 중력이 이 축퇴압보다 커지면?

전자와 양성자는 전자간의 반발력을 이겨내고 서로 결합하여 중성자를 만들어내 (e- + p > n + u).

중성자별의 컨셉아트

따라서 중력이 어느정도 커지면 백색왜성 단계에서 중성자로 꽉 들어찬 중성자별로 넘어가게 되는거지.

이 중성자는 전기적으로 중성이기 때문에 전자와 양성자간 관계보다 훠어어어얼씬 안정적이야.

그래서 엄청 가까이 붙어도 되지. 대신 너무 가까이 붙으면 역시 중성자 간 반발력이 생겨.

이 상태에서 중력이 더 쎄지면 중성자 간 반발력도 중력이 씹어먹어 중성자를 압축시켜버리지.

이렇게 되면 블랙홀이 탄생해.

하지만 항상 블랙홀이 오로지 별의 내부에서만 탄생하는건 아니야

블랙홀은 슈바르츠실트 반지름이라는 어느 특정한 영역 안에

자기가 원하는 물체의 질량을 밀어넣으면 되거든.

블랙홀의 특징을 생각해보면 금방 알 수 있어.

블랙홀은 빛도 빠져나갈 수 없기 때문에 까맣지. 따라서 블랙홀의 탈출속도는 빛의 속도이거나 그 이상이야.

해당 영역에 그냥 물질을 집어넣으면 블랙홀이 탄생한다!

그러면 탈출속도가 빛의 속도가 되는 영역을 우리가 정할 수 있겠지?

그 영역이 바로 슈바르츠실트 반지름이야.

다시말해 블랙홀을 만들기 위해선 단순하게 해당 영역에 그 물체의 질량을 욱여넣으면 된다이거지.

예를들어 10kg짜리 돌멩이를 블랙홀로 만들고 싶다면

반지름이 1.48*10^(-26)m인 구 안에 10kg짜리 돌멩이를 욱여넣으면 블랙홀이 탄생하는겁니다.

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