Black Hole > 행 성

최근 들어 블랙홀이 뜻밖에도 은하계의 생성과 진화에 크게 기여해왔다는 사실이 밝혀지고 있습니다.

은하 마다 블랙혹이 있으며 매우 중요한 작용을 한다는 사실이 밝혀졌기 때문이지요..

우주는 그 탄생 이후로 정체된 것이 아닌 끝없는 팽창을 계속하고 있으며,

우리의 은하수 은하에도 거대한 블랙홀이 은하의 중심에 자리잡고 있어서 은하를 유지하는 중심체 역할을 한다는 것입니다.

블랙홀은 탄생 이후 1억년 가까이 왕성한 활동을 하면서 몸집을 불리지만, 그 은하 내에서 일정한 크기가 되면 활동을 멈추고 잠이 듭니다,
블랙홀은 단순히 모든 걸 소멸시키는 존재가 아닌, 새로운 별을 만들어 내는 존재이기도 합니다.

이 블랙혹의 존재로 우주는 진화하며 우주의 역사를 새롭게 쓰고 있습니다.

이처럼 은하와 함께 성장하는 블랙홀에 대해서 알아 봅니다.

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아름다운 소용돌이 모양을 한 은하계입니다.

200여년전 빛나지 않는 별도 있을 것이라는 기발한 발상을 한 사람이 있었습니다.

영국 왕립 협회에는 지금부터 200 년 전에 쓰여진 귀중한 과학논문이 보관되어 있습니다.

빛나지 않는 별 즉 블랙홀의 존재를 예언한 논문입니다.

저자는 죤 미첼

목사일을 하면서 밤 하늘을 관측 해온 천체 과학자입니다.

미첼은 뉴톤의 만유인력의 법칙에 영향을 받았습니다.

빛은 인력을 탈출하여 지구에 도착하며, 만약 별이 과도하게 무거워지면 빛의 입자가 탈출 못한다는 생각에 미치게 됩니다.

그런 빛나지 않는 별의 조건으로 별의 밀도가 1cm3 당 180억톤이 된다는 계산을 하게 됩니다.

이런 밀도는 거대한 유조선을 한 알의 모래로 압축한 것과 비슷한 것입니다.

그러나 그 당시 이런 무거운 천체는 존재 할 수 없으며 블랙홀이라는 것은 공상에 불과하다고 생각했습니다.

별자리 이름 첫머리의 M 자는 이 과학자 이름의 첫머리 M 자를 따서 붙인 것입니다.

그로 부터 150년 후, 블랙혹의 존재가 현실성을 띠기 시작햇습니다

아인슈타인 박사의 상대성이론 이후 현대 물리학의 최첨단을 달리고 있던 원자폭탄의 아버지 오펜하이머박사.

그는 원자폭탄제조 책임자를 맡기 4년전에(약 1940년경) 블랙홀의 구조를 발표 했습니다.

블랙홀의 밀도는 미첼이 계산 한것 보다 훨씬 더 무겁다는 것을 이론적으로 발견했습니다.

그 당시 오펜하이머 박사가 블랙홀 이론을 수립 하였지만 실체를 발견 할 수 없었습니다.

그 후 블랙홀은 많은 영화나 공상 과학소설에 등장하게 됩니다.

빛이 빠져 나올 수 없다.

다른 차원의 세계로 통하는 채널은 아닐까?

시간도 멈추는 것을 아닐까

이 블랙홀의 정체를 놓고 끝없는 공상이 쏟아져 나왔습니다.

블랙홀

1970년대

눈으로 볼 수 없는 이 천체의 정체를 밝히기 위해 미국과 일본이 공둥으로 위성을 쏘아 올립니다.

이 위성에 장착된 X-선 전파망원경으로 블랙홀을 발견하게 됩니다.

최초의 블랙홀은 백조자리 목 부분에서 발견된 X-1자리.

<화살표-백조자리 목부분>

처음에 그곳은 눈으로 아무리 찾아 봐도 별의 모습은 보이지 않았습니다.

그러나 강한 X선을 내는 이곳에 무엇이 있을것이라는 의문이 있었습니다.

얼마 후 그 옆에서 한가지 단서가 발견 되었습니다

태양 보다 30배가 무거운 엄청난 별이 보이지 않는 무언가에 이끌려 5.6일에 한번씩 주위를 뱅뱅 돌고 있는 것을 발견했습니다.

이 현상은 보이지 않는 그 상대편도 엄청나게 무겁다는 것을 유추할 수 있었습니다.

<보이지 않는 블랙홀>

바로 이것이 최초로 발견된 불랙홀이었습니다.

이 블랙홀의 크기는 반지름이 수십키로에 불과 했으며 그 중심에서 강한 X선이나 강한 전파가 나오고 있었습니다.

그 후 11개의 블랙홀이 더 발견되었습니다.

지금은 은하 곳곳에 블랙혹이 있다는 것을 알수 있습니다.

미국 뉴멕시코 주에 있는 국립전파 천문대.

지금 25 미터 파라보라 안테나 27기가 설치되 곳이며 우주를 이 전파 망원경으로 관찰하고 있습니다.

이곳에서 우주에서 강한 전파가 나오는 장소를 발견하게 됩니다.

<미국 뉴멕시코 주에 있는 국립전파 천문대>

중심에 있는 하얀색 부분에서 강한 전파가 나오고 있습니다.

장소는 은하수 은하의 중심부입니다.

은하수 은하는 태양과 같은 별 약 20억개가 모여 있는 곳입니다.

그 중심부엔 무엇이 있을까요

캘리포니아 대학 앤드리오 게우즈 교수는 은하수 중심에 블랙홀이 있다고 믿고 있습니다.

이 수수께끼의 실마리는 이렇게 풀리고 있었습니다.

은하수 중심부의 별의 운직임을 관찰합니다.

보편적으로 주변의 별들이 중심에서 빠르게, 그리고 중심에서 멀수록 별들은 느리게 움직입니다.

그런데 은하 중심에 있는 별들은 빠르게 움직인다는 것이 발견 되었습니다.

지구에서 은하계 중심까지 2만 5천광년이며 이곳을 보기 위해 특수한 망원경이 필요했습니다.

하와이 섬 마우나키아산 캡 천문대

지름이 세계 최대인 전파 망원경이 설치되어 있습니다.

앤드리오 게우즈 교수는 은하계 중심에 있는 별들을 5년간의 관측하며 촬영했습니다.

별들의 속도를 계산 한 결과, 은하계 중심에 있는 별들이 시속 500키로미터 속도로 돌고 있다는 것을 발견 했습니다.

이 속도는 은하계 중심에는 태양 질량의 약 300만배가 되는 천체가 있는 것을 뜻합니다.

이 무거운 천체는 블랙홀이었으며 다른 블랙홀과 비교가 되지 않을 정도돌 거대한 것이었습니다.

백조자리 X-1에서 최초로 발견된 블랙홀은 반지름이 수십키로미터에 불과했지만,

은하수 중심의 블랙홀은 반지름이 900만 키로미터에 달하는 것이었습니다.

이런 거대한 블랙홀은 먼지와 별들을 삼키며 생겨났다고 볼수 없을 정도로 거대한 것입니다.

은하수는 평범한 은하이며 모든 은하의 중심에는 블랙홀이 있다는 것을 알수 있습니다.

허블우주 망원경으로 다양한 다른 은하 중심에서 블랙홀이 발견됩니다.

안드로메다 은하와 그 이웃 M32 자리에서 블랙홀이 무려 40 여 개가 발견 되었습니다.

검은 둥근 것들이 불랙홀들입니다.

이로서 은하와 블랙홀은 밀접한 관계가 있다는 것을 알수 있으며,

은하의 형성과 블랙홀의 형성 사이에는 밀접한 상관관계가 있을 것입니다.

블랙홀은 언제쯤 생겨 나며 어떤 역활을 하는 것일까요

블랙홀의 탄생

가스가 모인 곳에서 블랙홀이 생겨 점점 가스를 모으고 있다고 봅니다.

이때 만들어진 짙은 가스는 별이 되고 은하를 만드는 핵이 되었고 블랙홀이 은하를 만드는데 도움을 줬다는 것은 가설이 있습니다.

샌디에고의 슈퍼 컴퓨터 센터입니다.

세계 최대의 용량을 자랑하는 슈퍼컴퓨터를 이용하여 우주 역사를 재현해 봅니다.

150억년 전 별들의 폭발인 빅뱅이 시작되었습니다.

빅뱅을 거친 우주는 지금도 팽창을 계속하고 있습니다.

빅뱅 10억년 후

하얀 부분은 먼지들이 결합하고 덩어리화 하며 밀도가 높아 지는 곳입니다.

점점 결합을 더 해 갈 때마다 더 많은 물질이 모여 더 큰 덩어리로 커져 갑니다.

이런 가스 먼지 덩어리가 은하의 핵이 됩니다.

이때 블랙 홀이 이 은하의 탄생을 도왔다는 가설이 주목을 끕니다.

연구 결과 은하가 태어 날 때 부터 블랙홀이 존재해 있었다는 것을 알수 있었습니다.

우주 공간에 떠 있는 챈드라 X선 우주망원경으로 수십억광년 떨어진 은하를 관찰합니다.

이 망원경으로 강한 X선이 방출되는 곳을 찾아 블랙홀을 발견하게 됩니다.

하옇고 둥근 부분 붕심에 블랙홀이 있습니다.

블랙홀은 은하 탄생 초기 부터 존재해 있었고 은하를 만드는 원동력이 되었다고 볼수 있습니다.

즉 블랙홀은 은하를 만드는 씨앗 역활을 하며 보는 것이지요.

블랙홀의 성장은 다음과 같습니다.

먼저 먼지와 가스가 있는 상태에서 블랙홀이 생겨납니다.

블랙홀은 가스와 먼지를 들이 마시며 성장을 합니다.

결국 은하를 형성하는 핵이 된다는 것입니다.

그리고 블랙홀이 성장하려면 가스나 별들을 계속 삼켜야만 합니다.

우주에는 있는 무한정한 가스와 먼지를 마시면서 블랙홀은 성장합니다.

블랙홀의 모양

은하의 중심에 있는 블랙홀 쪽으로 다가가 봅니다.

수 많은 별들이 블랙홀 주위를 돌고 있습니다.

많은 별들이 블랙홀 주 위를 맹렬한 속도로 돌고 있는 것을 알수 있습니다.

더 안으로 들어 가 보면 밝게 빛나는 원반이 보입니다.

가스와 별의 잔해가 모이는 곳입니다.

블랙홀은 이 원반의 중심에 있습니다.

강한 인력으로 가스나 별은 길게 늘어 나며 회전하면서 블랙홀 속으로 빨려 들어 갑니다.

이때 엄청난 강한 전파와 X선이 튀어 나옵니다.

그러면서 블랙홀은 몸집이 점점 커지게 됩니다.

그리고 중심 바깥으로 길게 분출되는 연기 같은 모양의 젯트가 형성됩니다.

이 젯트(에너지 입자)는 막대한 에너지 흐름이며 길이는 수백만 광년에 이르는 것도 있습니다.

블랙홀의 에너지는 막대합니다.

그러나 블랙홀이 영원히 활동을 계속하지는 않습니다.

블랙홀의 활동을 어느 싯점에서 멈추며 잠들게 됩니다.

지금 계산으로는 블랙홀의 질량이 은하의 0.1~0.2%가 되면 활동을 멈추는 것으로 되어 있습니다.

백억년전에는 블랙홀이 활발히 활동했습니다.

대개 블략홀은 수천만년에서 1억년 정도 활동 합니다.

그러나 지금은 집어 삼킬 먹이가 없고 빛도 내 보내지 않으며 깊은 잠에 빠져 있습니다.

왜 그런지 자세한 이유는 알수 없습니다.

그래서 지금은 수 많은 별들이 빛나고 있는 것입니다.

거대 블랙홀

이 광활한 우주에는 규모가 전혀 다른 블랙홀들이 있습니다.

은하 중심 블랙홀 보다 수천배 더 큰 초거대 블랙홀이 있는 M87 은하입니다.

이 중심 부분에는 태양 크기보다 약 30억배 나 되는 초거대 불랙홀이 있습니다.

이런 초거대 블랙홀은 단순히 가스나 별들을 집어 삼키는 것으론 만들어지지 않습니다.

그러면 어떻게 생겨 났을까요?

이 수수께끼가 은하의 연구 속에서 발견됩니다.

해발 2788 미터 아파치 포인트 천문대

이곳에서는 우주 지도를 만들고 있습니다.

미국과 일본의 공동연구진에 의해 5년동안 진행되어 왔습니다.

이렇게 하여 약 5만개의 은하의 위치를 확인 할 수 있었다.

이 지도를 보면 점 하나 하나가 은하를 나타내고 있으며 이 지도 중심에 지구 은하수 은하가 자리 잡고 있습니다.

일부 완성된 지도로 부터 흥미로운 사실이 드러 났습니다.

우주에 골고루 분포 되어 있을 것 같은 은하가 불규칙한 분포로 밀집되어 있는 것을 발견하게 되었습니다.

<은하 지도, 우주 전체의 1%에 지나지 않음>

이 지도를 보면 은하들도 한 자리에 머물지 않으며 빈번하기 움직이며 서로 결합하는 존재들 입니다.

은하가 밀집된 곳에서 또 다른

은하가 인력에 의해 가까와 지면 결합하여 하나의 은하로 됩니다.

이런 모습을 하고 있는 은하들이 발견되고 있습니다.

최근 연구로 안드로 메다 은하는 시속 50만 키로 속도도 우리 은하를 향해 맹렬하게 다가 오고 있는 것이 발견되었습니다.

이 현상을 모의 실험 해 보면 앞으로 30억년 후에는 은하수 지구 은하는 안드로메다 은하와 결합하게 됩니다.

블랙홀과 블랙홀의 결합

은하와 은하가 결합하면서 동시에 블랙홀과 블랙홀도 결합하며 점점 초거대 블랙홀로 성장해 갑니다.

이 과정을 슈퍼 컴퓨터를 이용하여 시물레이션 해 봤습니다.

지구에서 본 지금의 안드로메다 은하 모습 입니다.

가까와진 안드로 메다 은하.

별들이 많아지고 밤하늘은 별들로 빛납니다.

점점 가까와 지는 두개의 은하

속도가 빨라 접촉만 하고 지나칩니다.

그 후 두개의 은하는 서로의 인력에 끌려 합쳐 집니다.

이를 여러 차례 반복 합니다.

이런 모든 과정은 수십억년에 걸려 이루어 집니다.

은하가 결합하게 될 즈음에는 두개의 은하가 보이는 시기가 올것이며 약 1억년 동안 이 상태가 계속 될것입니다.

이렇게 두개의 은하가 합쳐 동그란 모양의 또 다른 은하계가 탄생하게 됩니다.

거대 블랙홀이 있는 M87 은하는 은하와 은하가 결합을 계속 반복하여 우리 은하의 15배까지 크게 성장 한 것입니다.

은하의 결합은 중심에 있는 블랙홀에도 큰 영향을 미치며 은하의 결합이 시작되면 블랙홀은 활동을

시작하며 두개의 블랙홀이 하나가 됩니다.

이제 블랙홀의 정체가 드러남에 따라 새로운 우주의 모습이 나타나고 있습니다.

은하와 블랙홀이 결합하는 격동의 우주.

블랙홀의 수수께끼는 이제 시작에 불과하며 아마도 우주의 시작과 종말까지 매우 중요한 역활을 할 것입니다.

일반상대론에서 중력은 시공의 일그러짐으로 나타내진다. 여기서 시공이라는 것은 보통의 공간 외에,

시간을 아울러서 생각하는 4차원의 공간을 말한다. 시공의 일그러짐은 질량을 가진 물질뿐만 아니라

빛에도 똑같이 영향을 준다. 이 일그러짐이 큰 시공에서는 빛은 직진할 수 없고 중력의 근원이 되는

천체를 향해서 구부러지면, 그 가까이에서는 빛의 속도는 느린 것이 된다. 극단적인 경우에는,

빛조차도 겉보기상은 정지해 버리는 수도 있을 수 있다.

빛이 정지한다는 것은 그 점에서의 정보가 외부에 전해지지 않는다는 것을 의미한다.

이와 같이 중력이 아주 강해지면, 모든 정보가 갇혀 나가지 못하는 영역이 발생한다.

이 영역을 블랙 홀이라 한다. 천체의 중력의 세기는 그 천체의 질량 M과 천체의 반지름 R를 써서 나타낼 수가 있다.

광속도를 c, 중력 상수를 G라 하고, (2GM)/(c²R)이라는 양이 그것이다.

여기에 r_g = (2GM)/c²이라는 양은 길이의 차원을 가지며, 질량 M인 물체의 중력 반지름이라든가

슈바르츠실트 반지름이라 한다. 이것을 쓰면 (2GM)/(c²R) = r_g/R은, 슈바르츠실트 반지름과

천체의 반지름의 비를 나타내고 있다. 이 비의 값은, 태양 등의 보통의 별에서는 제로에 가까운

아주 작은 것이지만, 질량이 크고 반지름이 작은 중성자성에서는 0.3∼0.4가 되고,

다시 블랙 홀에서는 1이 넘는 값이 된다. r_g/R ＞ 1, 즉 천체의 반지름이 r_g보다 작으면,

r = r_g가 되는 구면의 내부의 영역으로부터의 정보는 원리적으로 외부로는 전해지지 않는다.

그런 의미에서, 이 면을 사상의 지평면이라 한다.
사상의 지평면과 그 내부에서는, 중력이 약한 보통의 세계에서의 상식을 초월한 현상이 일어난다.

지평면의 바깥쪽에서는 물질이든 빛이든 그 내부로는 간단히 들어갈 수가 있다.

그에 반하여 그 내부로부터는 물질은 물론 빛조차도 외부로 전해질 수가 없다.

지평면이란 그와 같은 일방통행의 면인 것이다.

지평면은 내부에서의 물질이나 빛의 운동은 기묘한 것이 된다.

물질이나 빛은 중심과 반대방향으로 방출되더라도 중심으로부터 멀어지는 것이 원리적으로 불가능하며,

중심과의 거리가 줄어들어가 마침내는 중심에 집중해버린다.

이것은 속도의 기준이 되는 계(국소관성계라 한다)가 강한 중력에 끌려서,

중심을 향하여 광속을 넘는 속도로 낙하하고 있기 때문이다. 물질이나 빛의 속도는

그 국소관성계에 대한 상대적인 것이기 때문에 국소관성계에 대하여 바깥쪽을 향하고 있더라도,

중심과의 관계에서는 안쪽을 향해버리는 것이다. 블랙 홀은 시공의 일그러짐의 한 형태이다. 따라서 블랙 홀은 시공을 일그러지게 하는 근원이 되는 소수의 물리량으로 특징지어진다.

그것은 질량과 각운동량과 전하의 3가지이다. 질량 에너지·회전 에너지·전기적 에너지가

중력장을 통하여 시공을 일그러지게 하는 것이다. 질량만으로 특징지어지는 것이 슈바르츠실트 블랙 홀, 질량과

각 운동량을 갖는 것이 커 블랙 홀, 질량과 전하를 갖는 것이 라이스너-노르드슈톨름

블랙홀, 질량·각운동량·전하 모두를 갖는 것이 커-뉴먼 블랙 홀이라 불린다.

● 블랙 홀은 실재하는가
블랙 홀은 일반상대론에 의거하여 예언된 것이다.

실제로 블랙 홀이 존재하는가 어떤가는, 블랙 홀을 만드는 과정이 자연계에 있느냐 없느냐에 달려 있게 된다.

현재, 블랙 홀이 만들어지는 과정은 3가지가 생각되고 있다. 하나는,

팽창우주의 아주 초기에 커다란 밀도의 흔들림이 있어서, 초고밀도가 된 영역에서 만들어질 가능성이다.

두 번째는 무거운 별의 진화의 최종단계에 만들어질 가능성이다. 이 때의 블랙 홀에는 질량에 하한이 있는데,

그 값은 현재로서는 확정되어 있지 않은데, 태양의 질량의 2배 내지 3배로 생각되고 있다.

이와 같은 블랙 홀의 지평면의 반지름은 수∼10㎞ 정도이다. 세 번째로는 은하 등의 중심영역에서

에너지를 잃고 수축해서 형성될 가능성이다. 이때의 블랙 홀의 질량은 태양의 10⁵∼10⁶배 정도로 생각되고 있다.

< 블랙홀_1 >

< 블랙홀_2 >

< 블랙홀_3 >

유명한 은하 M87에 있는 블랙홀은
중심에 있지 않다고 합니다....^^

블랙홀로 떨어지는 고온물질에서 방출되는 X레이 사진

ss433 블랙홀 사진

ngc4261 블랙홀 사진

m81은하 블랙홀 사진

cent-a 블랙홀사진

블랙홀 사진 3c321

블랙홀 사진 3c75

블랙홀의 활동