블랙홀이란
블랙홀과 이벤트 호라이즌 블랙홀은 이론에서 먼저 발견 되었다. 별과 같이 질량이 어마어마한 물체이 자신의 중력 때문에 어떻게 되는지 알아보려고 러시아의 천문 학자 카를 슈바르츠실트Karl Schwarzschild는 1916년에 아인슈타인의 일반상대성이론을 적용해 질량이 충분히 크다면 크기가 무한정 쪼그라들고 밀도는 점점 더 높아지다가 결국 시공간의 특이점에 다다르게 된다고 계산했다. 4B (빅뱅과 블랙홀 모두에 해당되는 무한밀도와 극미한 크기의 특이점은 수학적으로 얻었기 때문에 물리적 실재를 나타낼 수는 없다. 그렇다면 물리학자의 과제는 이렇게 작은 크기양 자역학 적용]와 고밀도[상대성 적용]인 곳에서는 무슨 일이 일어나는지를 정확히 설명할 방법을 찾아내는 것이다. 불행하게도 지금까지 는 이 이론이 양립할 수 없다. 이러한 쟁점을 해결하려는 노력은 뒤에서 다루기로 한다.) 블랙홀의 예견은 일반적으로 1931년 수브라마 니안 찬드라세카르Subrahmanyan Chandrasekhar의 공으로 인정한다. 49 그는 '별의 구조와 진화에 대한 증대한 물리적 과정을 이론적 으로 연구한 공로로 1983년 노벨물리학상을 수상했다. 블랙홀이란 용어는 존 레ohn Wheeler가 1968년 강연 증 만들었으며, 50 어떤 것, 심지어 빛조차 이렇게 거대한 증력의 영역 내에선 빠져나올 수 없다는 일반상대성의 예측에서 도출해냈다. 호킹Hawking은 블랙홀을 다음과 같이 설명한다. 만약 빛이 빠져나올 수 없다면 다른 어떤 것도 빠져나올 수 없다. 증력장에 의해 모든 것이 끌려들어간다. 그러므로 빛이 빠져나와 먼 곳의 관찰자에 닿을 수 없는 이벤트가 일어나는 시공간의 영역이다. 이 영역을 우린 현재 블랙홀이라고 부른다. 그 경계를 이벤트 호라이즌이라고 부르며, 블랙홀에서 빛이 빠져나오지 못하는 경계와 같다. 토백은 이벤트 호라이즌을 달리 설명한다. '블랙홀의 이벤트 호라이즌은 탈출에 필요한 속도가 정확히 광속인 증심으로부터의 특정 거 리다. 일반상대성에 따르면 빛은 증력장 때문에 휜다. 이벤트 호라이즌 안은 중력이 워낙 강해 빛이 아주 심하게 휘므로 빛이 결코 떠나지 못한 다. 그리고 이벤트 호라이즌 밖에서 침투해 내부로 통과한 것은 무엇이든 홀 속으로 빨려 들어가 절대 다시 보이지 않는다. 이 영역에서 아무 것도, 특히 빛이 탈출할 수 없기 때문에 이벤트 호라이즌 내부 영역은 검은색으로 보인다. 이벤트 호라이즌의 크기와 블랙홀의 형태와 같은 다른 특징은 블랙홀을 이루는 물질의 질량, 회전, 그리고 순전하net charge로부터 모두 예측 가능하다. 과학소설과 영화는 이벤트 호라이즌에서 어떤 일이 벌어질지 많이 다룬다. 결국 이곳을 지나가는 우주비행사는 '스파게티화란 과정을 거쳐 몸이 늘려져서 분리될 것이다. 다음과 같은 일이 일어날 것이다. 만약 흘의 중심 쪽으로 발이 먼저 떨어지면, 발쪽에 가해지는 훨씬 큰 중력이 머리쪽의 약한 중력보다 더욱 강하게 당긴다. 인력의 차이가 녀무 강하므로 그를 늘려서 다리를 몸에서 떼어낼 것이다. 역순으로 '작은 폭발? 최근에는 블랙홀이 더 중요해졌다. 빅뱅 이후 우리 우주가 초기에 겪었을 엄청난 고밀도와 높은 온도인 상황을 좀 더 연구할 수 있는 물체 이기 때문이다. 시간과 공간상의 거대한 물체가 특이점으로 붕괴하는 블랙홀 같은 상황을 빅뱅이 거꾸로 진행되는 작은 모델이라고 간주하 는 사람도 있다. 53 빅뱅은 시간과 공간 중의 뜨겁고 에너지가 가득한 한 점에서 시작해 팽창하다가 냉각되며 융합해 물질들을 생성했다.즉, 블랙혹은 이와 반대다. 블랙홀이라 생각되는 것은 발견했으나 사실 블랙홀이 주변 환경에 미치는 영향을 발견한 것뿐이다. '블랙' (즉, 어떤 빛이나 물질도 발산, 반사하지 않음)이려면 물체가 보여서는 안 된다. 이들이 함유하는 에너지와 물질의 질량과 주변 환경에 미치는 영향으로 이들을 찾아낸다. 여기서 블랙홀의 두 가지 형태를 소개한다. '스텔라 블랙홀은 위에서 설명한 것처럼 별 붕괴의 잔유물이며, '짱'성증 하나이던 곳에 위치해 있으나 블랙홀은 보이지 않는다(두 물체는 손과 손을 걸은 두 명의 댄서처럼 서로 회전하며 이들 사이의 한 점을 중심으로 돈다. 그러나 실제로는 손을 잡은 게 아니라 증력이 회전 하는 두 물체를 함께하도록 한다. 외부로 향하는 원심력은 내부로 향하는 인력에 대응하는 힘이다). 이러한 블랙홀의 질량은 보통 태양질 량 몇 개를 합친 것과 같다(우리 태양 하나가 태양질량의 기본 단위다). '초거대 블랙홀은 태양질량의 수백조 배이며, 54 이것이 나선 은하의 중심에 인력을 제공하는 듯하다. 블랙홀이 있다는 가장 강렬한 시각적인 증거는 아마도 근처의 별에서 빼앗아 삼키거나 블랙홀 궤도에 흡수되는 물질에서 발산되는 빛일 것 이다.
중력 파동
두 개의 블랙홀이 합쳐져 생기는 것으로, 최근 발견된 증력 파동은 천문학의 새로운 하위 분야를 만하다. 55 이 파동은 아인슈타인이 일반상 대성이론으로 공간의 탄력성을 말한 이후로 이론적으로 가능하다고 알고 있었다. 이론에서는 우주 인플레이션, 초신성, 중성자별쌍, 그리고 블랙홀쌍에서 이런 파동이 일어날 수 있다고 주장했다. 붕괴와 병합하는 두 개의 블랙홀은 잠시 서로 회전하는 위치에 올 수 있다. 이들 회전 에 맞는 진동수로 시공간에 파동이 일어날 수 있고 이러한 증력 파동은 연못의 물결처럼 밖으로 전파되리라 예상했다. 2015년 9월 대륙 절반 정도 떨어진 곳에 위치한, 두 개의 매우 크고 지극히 민감한 기구로 이러한 파동을 관측할 수 있었다. 처음으로 증 력 파동을 직접 관측한 것이었고, 블랙홀쌍을 처음으로 발견한 것으로 밝혀졌다. 두 기구는 만약 증력 파동이 존재한다면 있을 것이라 예상 한 회전에 맞는 진동수만큼 발생한 요동을 거의 동시에, 동일하게 기록했다. 이 테스트는 우주를 바라보는 완전히 새로운 역학을 열었을 뿐만 아니라 일반상대성을 다시금 인정하게 했고, 이런 블랙홀의 질량이 보통 ' 태양질량의 몇 배인 스텔라 블랙홀보다 큰, 태양 질량의 29 배와 36배임을 밝혔다. 이 일이 증력 파동을 처음으로 직접 발견한 사건이지만, 이들의 존재에 대한 간접적 증거는 어느 정도 있었다. 1974년에 박사 과정이면 러셀 혈스Russell Hulse와 그의 논문 지도 교수인 조셉 테일러Joseph Taylor는 푸에르토리코의 아레시보 관측소에서 일하면 증 증력 파 동 방출과 일치하는 만큼 에너지를 잃고 있는 쌍성계의 펄서pulsar와 검은 동료별이 빠르게 회전하는 것을 발견했다. 1993년에 이들은 '새 로운 펄서 종류의 발견이자, 이 발견으로 증력 연구에 새로운 가능성을 연 공로로 노벨물리학상을 받았다.