NASA는 블랙홀을 빛도 탈출할 수 없을 정도로 극도로 강한 중력을 가진 영역으로 정의합니다. 이 영역 주변의 눈에 보이는 경계를 사건의 지평선이라고 부릅니다. 이는 중력의 당김을 벗어나기 위해 필요한 속도가 빛의 속도를 초과하는 지점입니다. NASA의 공식 블랙홀 개요에 따릅니다.
그 경계 내부에서, NASA의 대중 교육 웹사이트에 따르면, 붕괴한 별의 남은 물질은 특이점이라고 불리는 무한히 작은 점으로 압축된다고 생각됩니다. 그 작은 크기에도 불구하고, 그것의 중력 당김은 사건의 지평선 내의 모든 것을 지배합니다.
항성질량 블랙홀이 형성되는 방식
NASA에 따르면, 항성질량 블랙홀은 태양의 약 20배 이상의 질량을 가진 별이 그 핵의 핵융합 연료를 소진하고 자신의 무게 아래에서 붕괴할 때 형성됩니다. 그 붕괴는 별의 외층을 날려버리는 초신성을 촉발하고, 핵은 내부로 계속 떨어집니다. 붕괴하는 핵이 약 3 태양질량을 초과하면, NASA에 따르면, 이를 멈출 수 있는 알려진 힘이 없으므로 블랙홀로의 붕괴는 피할 수 없습니다.
별은 보통 핵융합으로부터의 바깥쪽 압력이 그 자신의 중력으로부터의 안쪽 당김과 균형을 이루기 때문에 형태를 유지합니다. 연료가 소진되면, 그 균형이 무너지고, 중력이 핵을 압축하여 블랙홀을 형성할 때까지 압축합니다. 같은 NASA 설명에 따릅니다.
모든 블랙홀이 같은 크기는 아닙니다
NASA의 블랙홀 개요는 질량에 따라 여러 범주를 구분합니다. 항성질량 블랙홀은 약 3에서 수십 태양질량 범위이며 은하 전체에 분산되어 있습니다. 초대질량 블랙홀은 우리 은하를 포함한 대부분의 큰 은하의 중심에서 발견되며, 10만에서 수십억 태양질량 사이의 질량을 가집니다.
세 번째 범주인 중질량 블랙홀(약 100에서 1만 태양질량 이상의 질량)은 오랫동안 의심되어 왔으며, 간접적인 증거를 통해 소수의 후보만이 확인되었습니다. NASA는 아래에서 다루어지는 2019년의 중력파 감지를 현재까지 이 범주의 가장 설득력 있는 예로 설명합니다.
질량별 블랙홀 범주(NASA)| 범주 | 전형적인 질량 | 발견 위치 |
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| 항성질량 | 약 3에서 수십 태양질량 | 은하 전체 |
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| 중질량 | 약 100에서 1만 태양질량 이상 | 2019년 중력파 병합의 가장 설득력 있는 예(GW190521) |
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| 초대질량 | 10만에서 수십억 태양질량 | 대부분의 큰 은하의 중심 |
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빛에 의존하지 않는 증거
블랙홀은 빛을 방출하지 않으므로, 과학자들은 간접적으로 그들의 존재를 확인합니다. NASA는 여러 방법을 언급합니다: 사건의 지평선 근처에서 극도로 높은 온도로 가열된 물질로부터의 X선 및 전파 감지, 빛의 속도에 가까운 속도로 이동하며 전파, X선, 감마선을 방출하는 입자 제트 관측, 그리고 중력파 감지입니다. 중력파는 시공간의 물결이며, 2015년에 처음 측정되었고 GW150914라고 불리는 사건에서 나왔습니다. 두 블랙홀이 서로 회전하면서 병합했을 때입니다. NASA에 따릅니다.
중력파 방법은 나중에 처음 확인된 중질량 블랙홀을 만들어냈습니다. LIGO 과학 협력과 Virgo 협력은 2020년 9월 2일, 2019년 5월 21일에 발생한 사건으로부터 GW190521로 지정된 신호를 감지했다고 발표했습니다. LIGO의 공식 감지 페이지에 따릅니다. 약 85 및 66 태양질량의 두 블랙홀은 142 태양질량의 단일 잔여물로 병합되었습니다. LIGO에 따르면 이것은 중질량 블랙홀의 첫 번째 명확한 감지입니다.
LIGO는 또한 그 병합이 과학적으로 주목할 만하다고 언급합니다. 왜냐하면 그 선조 질량이 소위 쌍 불안정성 질량 간격(약 65에서 120 태양질량 범위) 내에 있기 때문입니다. 이 범위에서 표준 항성 붕괴 이론은 블랙홀이 직접 형성되어야 한다고 예측하지 않으므로, 그 천체들이 이전의 병합으로부터 비롯되었을 수 있음을 시사합니다.
블랙홀의 그림자 보기
간접 감지를 넘어서, 천문학자들은 직접 이미지를 생성했습니다. 이벤트 호라이즌 망원경(전 세계 라디오 천문대의 네트워크)은 2019년에 블랙홀의 첫 이미지를 발표했습니다. 그것은 은하 M87의 중심에 있는 것입니다. 약 65억 태양질량으로 추정되며 약 5,500만 광년 떨어져 있습니다. NASA의 블랙홀 개요에 따릅니다.
그 이미지는 밝게 빛나는 가스의 밝은 고리에 둘러싸인 어두운 중앙 "그림자"를 보여줍니다. 이는 블랙홀의 사건의 지평선에 의해 투사된 윤곽으로, 낙하하는 물질로부터의 빛에 대한 것입니다.
여전히 불확실한 사항
NASA에 따르면, 초대질량 블랙홀의 기원은 증거가 은하의 매우 초기 역사에 이미 존재했음을 보여주고 있음에도 불구하고, 여전히 잘 이해되지 않습니다.
