블랙홀은 공간의 한점으로 모일텐데 주변 물질은 납작한 형태로 회전하는 이유가 궁금합니다.

Question

블랙홀은 중력의 힘으로 인해 사방에서 한점으로 모여드는 현상으로 극단적인 형태를 말하는데요. 그렇다면 모든 방향(위,아래,좌,우)에서 특정 중심부로 빨려 들어가는 모습을 보여주어야 하는데 어째서 납작한 형태로 한쪽 방향으로 회전운동을 하고 있는지 궁금합니다.

또한 나머지 방향에서는 무언가를 뿜어된다고 하는데 3차원 세상에서 2차원 형태의 모습을 보여주는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.

블랙홀은 매우 높은 질량을 가진 항성이 그 질량을 더이상 지탱하지 못할 때 발생하는 현상입니다. 이 질량이 충분히 커지면 중력이 더 이상 막을 것이 없어지고 그 중심에는 거의 무한히 작아지는 점, 즉 싱귤래리티(singularity)가 형성됩니다. 이 싱귤래리티 주변에는 이론상으로 모든 방향에서 질량을 끌어들이는 중력장이 형성되어야 하지만, 실제 블랙홀 주변에서는 나선형으로 회전하는 강한 중력장이 형성됩니다.

이러한 나선형의 중력장은 블랙홀의 회전운동으로 인해 발생하는 현상입니다. 블랙홀을 구성하는 물질은 고속으로 회전하는데, 이 회전운동이 중력장에 영향을 주어 나선형의 중력장이 형성되게 됩니다. 이런 나선형의 중력장은 블랙홀 주변에 있는 물질을 회전하게 만들어서, 블랙홀의 회전운동을 전파시키는 역할을 합니다.

또한, 블랙홀이 3차원 공간에서 납작한 형태로 보이는 이유는 관측자와의 상대적인 위치와 관측 방향에 따라서 보이는 형태가 달라질 수 있기 때문입니다. 이러한 관측자의 상대적인 위치와 관측 방향에 따른 차이로 인해 블랙홀은 3차원 세상에서도 2차원 형태로 보일 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.블랙홀이 납작한 형태로 한쪽 방향으로 회전하는 이유는, 초기에 블랙홀을 형성하는 초대 질량적 충돌로 인해 발생하는 강한 회전운동량을 가지고 있기 때문입니다. 이 회전운동량은 블랙홀의 중력에 의해 압축되면서 더욱 강화되며, 결국 블랙홀은 회전운동을 유지하게 됩니다.

이러한 회전운동은 블랙홀 주변의 물질에도 영향을 미치며, 이를 블랙홀의 회전 디스크 또는 아크라(ACCRETION DISK)라고 합니다. 이 회전 디스크는 블랙홀의 중력에 의해 고속 회전하면서 매우 높은 온도와 압력을 유지하며, 높은 에너지를 방출하게 됩니다. 따라서 블랙홀은 회전하는 납작한 형태로 관측되는 것입니다.