블랙홀 알아보기

안녕하세요~~~   짱이 엄마 항공과학편 입니다.

오늘은 블랙홀에 대해서 포스팅 해 볼께요...

블랙홀은 빛 조차도 빨아들이는 괴물 같은 천체입니다.

1967년 미국 물리학자 존 휠러가 처음 그 이름을 명명한 이후 각종 영화와 소설 등에 단골로 쓰이면서 더욱 더 유명해지기 시작하였습니다.

블랙홀과 같이 모든 것을 빨아 들이는 천체에 대한 상상은 18세기 부터 시작 되었지만, 이런 천체의 존재 가능성이 이론적으로 증명되기 시작한 것은 20세기 초 아인슈타인의 일반상대성이론이 정립된 이후 부터입니다.

일반상대성이론에 의하면, 질량을 가지는 물체는 그 주변의 시공간을 휘게 만들고 이 휘어짐의 정도가 중력으로 작용한다는 것입니다.

다시말해 지구가 태양을 도는 이유는 태양이 휘어놓은 시공간 때문인 것입니다.

한편 질량이 무거운 천체는 가벼운 천체보다 시공간을 더 움푹하게 만드는데 이런 시공간에서 빠져 나오기 위해서는 상당한 속도가 필요한 것입니다.

지구의 경우 초속 11.2km 의 속도를 가지면 지구가 만든 움푹한 시공간을 빠져 나올 수 있습니다.

이 속도를 '탈출 속도' 라고 말합니다.

그런데 질량이 매우 큰 천체가 비좁은 시공간에 생기면 물질이 스스로의 중력을 견디지 못하고 한 점으로 붕괴하게 됩니다.

이렇게 만들어진 시공간의 구멍이 바로 '블랙홀' 인 것입니다.

블랙홀은 결과적으로 무한대의 중력을 가지기 떄문에 탈출속도 역시 무한대가 되고, 빛을 포함한 모든 입자는 블랙홀을 빠져 나올수 없습니다.

이것이 바로 블랙홀이 어둡게 보이는 까닭입니다.

현재 우주에서는 무거운 별이 진화하는 과정의 마지막 단계에서 블랙홀이 만들어 지게 됩니다.

태양보다 약 20배 무거운 별 등은 최후에 초신성 폭발을 일으킵니다.

이 과정에서 별의 바깥 부분을 날려 보내고 안쪽에는 태양 질량의 3배가 넘는 핵을 남기게 됩니다.

이 경우 그 어떤 물질도 이 중심핵의 중력 붕괴를 막지 못해 최종적으로 한 점, 즉 블랙홀이 되는 것입니다.

블랙홀은 시공간의 한 점으로 수축된 천체이기 때문에 엄밀하게 말하자면 그 크기를 정의할 수 없습니다.

하지만 일반적으로는 블랙홀 주변에서 빛이 탈출하지 못하는 반경을 그 크기로 삼게 됩니다.

이것은 '사건의 지평선' 이라고도 부르는데, 탈출속도가 빛의 속도보다도 더 커지는 영역을 의미합니다.

1916년 독일의 천체 물리학자 칼 슈바르츠실트는 아인슈타인의 상대성이론을 기초로 해서 회전하지 않는 구형 천체주변의 중력장을 계산하였습니다.

그는 시공간의 곡률이 커져서 빛이 빠져 나오지 못하는 거리를 구했는데, 이를 '슈바르츠실트 반지름' 이라고 부르고 있습니다.

태양과 같은 질량을 가진 천체의 경우 슈바르츠실트 반지름은 약 2.95km 입니다.

다시 말하자면 잘량이 태양과 같은 구형 천체는 반지름이 2.95km 이거나 작은 경우 중력 수축을 통해 결국 블랙홀이 되는 것입니다.

만일 반지름이 이보다 더 크다면 전자나 양성자 혹은 중성자 스스로가 그 수축을 막게 됩니다.

이런 방식으로 유지되고 있는 천체가 바로 백색왜성이나 중성자성 입니다.

실제로 태양은 백색왜성으로 일생을 마치게  됩니다.

마치 코끼리를 냉장고에 넣듯 불가능한 일이기는 하지만, 누군가 지구를 이 정도로 작게 압축할 수 있다면 지구도 블랙홀이 될 수 있습니다.

회전하지 않는 블랙홀은 슈바르츠실트 반지름이 바로 사건의 지평선이 됩니다.

반면 회전하는 블랙홀은 블랙홀 주변의 시공간이 같이 회전하기 떄문에 사건의 지평선이 슈바르츠실트 반지름 보다 약간 작아지게 됩니다.

이상으로 블랙홀에 대한 간략한 포스팅을 마치겠습니다.

오늘도 좋은 하루 되세요~~~

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