블랙홀은 주로 초신성 폭발 이후 거대한 별의 핵이 붕괴되거나 우주의 초기 순간에 초고밀도의 물질이 생성될 때 형성됩니다. NASA와 ESA는 주로 질량으로 정의되는 4가지 등급(항성질량, 중간질량, 초대질량, 원시)에 대해 설명합니다. 그들의 결정적인 특징은 사건의 지평선(event horizon)입니다. 이것은 빛조차도 빠져나갈 수 없는 경계입니다.
블랙홀은 중력이 매우 강한 우주 영역입니다. 사건의 지평선이라고 불리는 경계를 넘으면 빛까지도 탈출할 수 없습니다. NASA에 따르면, 이 단일한 특성―우주의 일방통행 표면―이 이 천체들을 보이는 크기가 아니라 물리학에서 알려진 가장 극단적인 환경으로 만듭니다.
블랙홀이 어떻게 형성되는가
가장 잘 이해되는 메커니즘은 항성 붕괴입니다. NASA는 태양 질량의 약 20배 이상인 별들이 결국 핵연료를 소진하게 되며, 그 후 핵은 내부로 붕괴되고 외층은 초신성 폭발로 날아간다고 설명합니다. 압축된 핵이 여전히 약 3태양질량 이상을 유지하는 경우, NASA는 그 핵이 블랙홀로 붕괴되는 것을 막을 수 있는 알려진 힘이 없다고 명시합니다.
ESA도 같은 메커니즘을 설명합니다. 항성 핵이 그 질량 임계값을 초과하여 충분히 작은 부피로 압축되면, 그 중력이 다른 모든 물리적 힘을 압도하고, 빛이 더 이상 탈출할 수 없을 때까지 그 물체는 계속 축소됩니다. NASA에 따르면, 블랙홀은 그 후 주변의 가스를 끌어당김으로써 계속 성장할 수 있으며, 이 과정을 강착(accretion)이라고 합니다. ESA는 강착만으로는 우주의 초기에 일부 초대질량 블랙홀이 어떻게 그렇게 빠르게 커졌는지 설명하기 어렵다고 지적하며, 이것이 과학자들이 중간질량 블랙홀을 가능한 누락된 연결고리로 연구하는 이유 중 하나입니다.
또 다른 더 미해결된 아이디어는 우주의 초기 순간에 관한 것입니다. 일부 이론은 원시 블랙홀이 빅뱅 직후의 극단적인 조건에서 직접 형성되었을 가능성이 있으며, 별이 관여하지 않다고 제안합니다. ESA는 그것의 유클리드 우주망원경이 그러한 물체가 존재하는지 여부를 테스트하는 데 도움이 될 수 있으며, 그들이 우주의 암흑물질의 일부를 차지할 수 있는지 여부를 테스트하는 데 도움이 될 수 있다고 명시합니다.
4가지 등급, 질량으로 정의됨
NASA와 ESA는 블랙홀을 주로 포함된 질량에 기초하여 카테고리화합니다. 질량이 크기, 중력의 강도, 형성 경로를 결정하기 때문입니다.
질량별 블랙홀 등급(NASA, ESA)
등급
전형적인 질량(태양질량)
형성되는 것으로 생각되는 방식
항성질량
약 3에서 수십
초신성 이후 거대한 별의 핵 붕괴
중간질량
약 100에서 10,000 이상
NASA에 따르면 일부 경우에 의심되지만 거의 직접 확인되지 않음
초대질량
100,000에서 수십억
NASA와 ESA에 따르면 기원은 완전히 이해되지 않음. 호스트 은하와 함께 성장하는 것으로 생각됨
원시적(가설적)
광범위하고 미확인된 범위
ESA에 따르면 초기 우주에 거슬러 올라가는 것으로 추측됨. ESA의 유클리드 우주망원경에 의해 가능한 암흑물질 후보로 연구됨
그들을 극단적으로 만드는 것
사건의 지평선은 블랙홀을 구별하는 특징입니다. NASA는 그것을 물체에서 탈출하기 위해 필요한 탈출 속도가 빛의 속도를 초과하는 지점으로 설명하며, 빛 자체를 포함한 아무것도 외부로 다시 교차할 수 없습니다. 빛이 탈출하지 않으므로, 블랙홀 자체는 빛을 방출하지 않습니다. 천문학자들이 감지하는 것은 이 경계 바로 외부의 물질의 빛입니다.
그 빛은 강착원판에서 나옵니다. 이것은 근처의 별이나 가스 구름에서 끌어당겨진 물질로, 사건의 지평선에 가까워질수록 소용돌이 방식으로 내부로 나선형을 이루며 진행되고 가열됩니다. NASA의 블랙홀 해부학 설명에 따르면, 활발히 물질을 섭취하고 있는 초대질량 블랙홀 주위의 이 영역―코로나라고 불리는―은 약 10억도의 온도에 도달하고 고에너지 X선을 생성하며, 입자들은 빛의 속도에 가까운 속도로 이동합니다.
중심에서, 일반상대성이론은 특이점을 예측합니다. 이것은 물질이 무한 밀도로 압축되는 지점입니다. NASA에 따르면, 사건의 지평선을 넘어 떨어지는 모든 것의 최종 목적지로 설명되지만, 물리학자들은 이것이 현재의 중력 이론이 실제로 그곳에서 무엇이 일어나는지에 대한 완전히 테스트된 설명을 제공하지 않는 대신 이론이 무너지는 지점임을 지적합니다.
블랙홀을 직접 보기
블랙홀이 자체 빛을 방출하지 않기 때문에, 천문학자들은 직접 사진을 찍을 수 없습니다. 대신, 블랙홀이 주변의 빛나는 가스에 드리우는 그림자를 이미지화합니다. 사건 지평선 망원경(EHT)은 초장기선 간섭법이라고 불리는 기술을 통해 연결된 전 세계 라디오 천문대의 네트워크입니다. 유럽남천천문대(ESO)는 EHT 협력의 파트너이며, 2019년 초대질량 블랙홀 M87*의 첫 번째 그러한 이미지를 생성했고, 2022년 은하수의 중심 블랙홀인 궁수자리 A*의 이미지를 생성했습니다.
ESO는 궁수자리 A*가 태양의 약 400만 배의 질량을 가지며 지구에서 약 27,000광년 떨어져 있다고 명시하지만, 우리의 관점에서 ESO는 그것이 달 표면에 놓인 도넛처럼 보이는 것과 같은 크기로 보이지 않는다고 설명합니다. NASA는 별도로 2019년 EHT에서 이미지화된 M87*이 60억 태양질량 이상을 보유하고 있으며, NASA가 명시하는 사건의 지평선이 태양계의 행성을 훨씬 초과한다고 보고합니다.
은하수 중심의 블랙홀에 대한 첫 번째 직접 시각적 증거.
— 사건 지평선 망원경 협력, ESO 경유
ESO는 그러한 이미지가 과학자들이 블랙홀의 경계에서 시공간의 동작을 직접 조사할 수 있게 하며, 관찰 가능한 가장 극단적인 중력 조건에서 일반상대성이론을 테스트하는 방법이라고 명시합니다.
자주 묻는 질문
별에서 블랙홀이 형성되기 위해 필요한 최소 질량은 얼마입니까?
NASA에 따르면, 초신성 이후 붕괴되는 항성 핵이 태양 질량의 약 3배 이상을 유지하는 경우, 그 핵이 블랙홀로 붕괴되는 것을 막을 수 있는 알려진 힘이 없습니다.
우리가 실제로 블랙홀을 볼 수 있습니까?
아니요, 직접적으로는 볼 수 없습니다. 빛이 블랙홀에서 탈출하지 않기 때문에, 망원경은 대신 빛나는 가스와 그 위에 드리워진 어두운 그림자를 이미지화합니다. ESO에 따르면 사건 지평선 망원경이 2019년 M87*과 2022년 궁수자리 A*에 대해 이를 수행했습니다.
블랙홀의 종류는 몇 가지입니까?
NASA와 ESA는 질량에 기초하여 4가지 등급을 설명합니다. 항성질량, 중간질량, 초대질량, 및 초기 우주에 거슬러 올라가는 것으로 생각되는 가설적인 원시 블랙홀.
은하수 중심의 블랙홀은 얼마나 거대합니까?
ESO는 궁수자리 A*가 태양 질량의 약 400만 배를 가지며 지구에서 약 27,000광년 떨어져 있다고 보고합니다.
블랙홀의 중심에는 무엇이 있습니까?
NASA에 따르면, 일반상대성이론은 특이점, 즉 무한 밀도의 지점을 예측합니다. 그러나 이것은 현재의 물리 이론이 완전히 테스트되지 않은 지점입니다.
우주비행사 훈련은 교육, 경험 및 신체적 체력에 대한 선발 심사로 시작되는 다년간의 프로세스이며, 비행 전에 수년간의 지상 훈련으로 진행됩니다. NASA와 유럽우주국(ESA)에 따르면, 지원자들은 우주선 시스템을 배우고 수중에서 선외활동을 연습하며, ESA 지원자들은 러시아어도 공부합니다. 한편, 국제우주정거장(ISS)에서의 생활은 업무, 운동 및 수면의 고정된 일일 일정에 따라 진행됩니다.
블랙홀은 중력이 매우 강한 우주 공간의 영역으로, 사건의 지평선을 넘으면 빛도 탈출할 수 없습니다. 대부분은 거대한 별이 핵연료를 다 쓰고 그 핵이 붕괴할 때 형성됩니다. 은하 중심의 초대질량 블랙홀은 수십억 년에 걸쳐 성장합니다. 직접 이미지와 중력파 감지로 그 존재가 확인되었고, 아인슈타인의 일반상대성이론이 검증되었습니다.
달의 위상은 지구의 그림자 때문이 아니라 지구 주위를 공전할 때 태양광이 달 표면의 여러 부분을 비추기 때문에 변합니다. 달의 위상의 완전한 사이클을 합삭월이라고 하며, 평균 29.5일입니다. 같은 달은 또한 불균일한 중력으로 지구의 해양을 당기며, 약 24시간 50분마다 두 개의 만조와 두 개의 간조를 만들고, 태양은 달에 월 2회 그 당김을 강화하거나 약화시킵니다.
고속 전파 폭발(FRB)은 먼 은하에서 나온 밀리초 길이의 전파 섬광으로, 2007년에 처음 확인되었지만 여전히 완전히 설명되지 않고 있다. 천문학자들이 MeerKAT 망원경과 제임스 웹 우주망원경을 사용하여 지금까지 가장 먼 FRB를 추적한 후 관심이 높아졌다. 이 신호는 지구에 도달하기까지 100억 년 이상을 여행했다.
