우주의 블랙홀이 만들어지는 과정은 무엇인가요?
우주의 블랙홀이 만들어지는 과정은 무엇인가요?
실제 관측된 블랙홀이 있는가요?...이론적인 현상의 하나인지 궁금합니다.
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
블랙홀은 매우 강력한 중력을 가진 천체로, 그 중력은 빛조차도 빠져나올 수 없을 정도로 강력하며 블랙홀이 형성되는 주요 과정은 별의 종말(죽음)과 관련이 있습니다. 일반적으로 블랙홀은 거대한 별들이 진화 과정에서 끝을 맞이할 때 형성되는데 거대한 별들은 수소를 헬륨으로 융합하는 핵융합 반응을 통해 에너지를 방출하며 오랜 시간 동안 빛을 발산합니다. 별 내부에서는 중력에 의해 별이 붕괴하려는 힘과, 핵융합 반응에 의해 별이 팽창하려는 힘이 균형을 이루고 있지만 별이 진화하면서 수소와 헬륨과 같은 가벼운 원소들이 다 타버리면, 별은 점점 더 무거운 원소들을 만들어내게 됩니다. 마지막에는 철을 만들게 되는데, 철의 핵융합은 에너지를 방출하지 않기 때문에 별은 더 이상 스스로를 지탱할 에너지를 생산할 수 없게 됩니다. 이때 별 내부의 중력이 급격히 증가하면서 별이 자신의 무게에 의해 중심으로 붕괴되는데 이는 엄청난 폭발을 일으키는데, 이를 우리는 초신성라고 부릅니다. 초신성 폭발은 별 외곽의 물질을 우주로 날려 보내고, 남은 중심부는 급격히 축소되게 되는것이지요. 초신성 폭발 이후 남은 별의 중심부가 충분히 무겁다면, 그 중심부는 중력에 의해 계속 붕괴하게 되고 이 과정에서 별의 중심부는 중성자별이 되거나 더 무거운 경우 블랙홀로 붕괴할 수 있습니다. 태양 질량의 약 3배 이상 되는 질량을 가진 별은 초신성 폭발 후 그 잔해가 극도로 압축되어 블랙홀로 변하게 됩니다. 이때 별의 중심부는 중력에 의해 완전히 붕괴되어, 매우 작은 부피에 엄청난 질량이 집중되는 과정을 지키게 되는데 이 상태가 바로 블랙홀이지용~! 블랙홀은 사건의 지평선이라 불리는 경계가 있고 사건의 지평선 안쪽에서는 빛조차도 빠져나올 수 없기 때문에 우리는 그 안의 정보를 관측할 수 없습니다. 블랙홀의 중심에는 특이점이 존재하는데, 이는 이론적으로 공간과 시간이 무한히 휘어지는 지점으로 여겨집니다. 여기서 중력은 무한대에 이르며, 모든 물리적 법칙이 붕괴된다고 알려져 있으며 블랙홀은 처음에는 이론적 개념으로 도입되었지만, 오늘날에는 여러 방법으로 실제 관측이 이루어졌습니다. 블랙홀은 직접적으로 볼 수는 없지만, 주변의 천체에 미치는 영향을 통해 존재를 확인할 수 있습니다. 블랙홀은 그 강력한 중력으로 인해 주변 천체들의 궤도에 영향을주며 블랙홀 주위에 물질이 빨려 들어가면서, 물질이 블랙홀에 가까워질수록 점점 더 뜨거워져 고에너지를 방출하게 됩니다. 이러한 방출은 주로 X-선 형태로 나타나며, 이를 통해 우리는 블랙홀의 존재를 간접적으로 확인할 수 있습니다. 블랙홀은 2019년 처음 M87은하 중심부에 있는 거대한 초거대질량블랙홀을 통해 확인하였습니다~ 이곳은 40억배의 태양 질량을 가지고 있다고 알려져있습니다!