블랙홀이 사라졌다

NASA, 블랙홀식 발견



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▲ NGC 1365(막대 나선은하), 직경 20만 광년. 큰 사진은 가시광선 사진이고 오른쪽 아래 작은 사진은 은하계 중심의 활발한 구역으로 X선으로 관측한 것이다.
ⓒ NASA/ESO


미항공우주국(NASA) 찬드라 X-관측소에서 천재일우의 기회인 블랙홀식(Eclipse of Black Hole)을 관측했으며 블랙홀 주위에 있는 뜨거운 원판 형태의 물질도 처음으로 발견했다.

블랙홀식이란 태양이 달에 가려져 안 보이는 일식현상과 유사하게 블랙홀 주위에 존재하는 가스덩이가 블랙홀을 가리는 현상을 의미한다.

블랙홀은 질량이 매우 큰 천체이므로 거대한 인력으로 빛조차도 빠져나올 수 없다. 이 때문에 블랙홀은 직접 관측해낼 수 없다. 다만 과학자들은 주위 물질이 빨려 들어가는 장면을 관측하고 블랙홀의 위치를 판단할 수 있을 뿐이다.

지구와 6천만 광년 거리에 있는 NGC 1365(막대 나선은하)에 매우 밝게 빛나는 구역이 있는데, 이 지역의 한 점으로 끊임없이 주위의 은하계 물질이 빨려 들어가고 있다. 천문학자들은 그곳에 슈퍼 블랙홀이 있다고 믿고 있다.

어떤 물질이든 블랙홀 부근의 일정한 범위에 들어서면 다시는 빠져나올 수 없는데, 이 경계를 천문학에서는 ‘돌아갈 수 없는 점(無歸點, event horizon)’이라고 한다. 물질이 이 ‘무귀점’을 넘어갈 때 수백만도로 가열되고 강렬한 X-선을 방출한다.

희귀한 블랙홀식

하지만 이 X-선을 발출하는 가스물질의 형태를 측량하는 것은 거의 불가능한 일이었는데 이 ‘블랙홀식’의 기회를 이용해 마침내 블랙홀 주위 판상구조의 가스물질의 크기를 보게 되었다.

일식과 월식은 지구, 달, 그리고 태양의 상대적 위치로 만들어진다. 일식에서 태양의 밝은 빛을 달이 차단해서 우리가 쉽게 태양의 모습을 관찰하듯이 블랙홀식에서 블랙홀과 주변의 가스물질을 관찰할 수 있었다.

블랙홀식은 NGC 1365 은하계의 거대한 가스덩이가 블랙홀을 가리면서 아주 우연히 발생했다. 이것은 천문학자들에게 절호의 기회로서 원판형 가스물질의 크기와 블랙홀의 규모를 측량할 수 있게 되었다.

결국 X선을 방출하는 원판물질의 직경이 태양과 지구 사이 거리의 7배라는 것이 밝혀졌다. 만약 이 원판구조가 태양계내에 있다면 태양계 내의 일체 물질이 삼켜질 것이다. 하지만 NGC 1365 은하계에 비하면 20억분의 1 정도로 작다. 대략 블랙홀 자체 크기(무귀점까지)의 10배에 상당한다.

연구원 마틴 엘비스(Martin Elvis) 박사는 원판 구조의 물질이 블랙홀과 아주 가까워졌고, 그것들은 결국 블랙홀의 엄청난 인력으로 무귀점을 넘어서서 블랙홀에 삼켜질 것이라고 언급했다. 앞으로 100년 이내에 블랙홀이 원판구조의 가스덩이를 삼켜버릴 것으로 예측하고 있다.

사진#02
▲ 블랙홀식의 형성과정을 보여주는 그림. 왼쪽은 찬드라 망원경이고 오른쪽 가운데 검은 구체는 블랙홀이고 주위 밝은 판상구조는 수백만도로 가열돼 X선을 방출하는 물질이다. 이 물질들은 100년 이내에 블랙홀로 삼켜진다. 외각의 덩어리 구조는 가스덩이이다.
(상)원판구조의 X선이 직접 찬드라 망원경에 도착하여 블랙홀을 관찰하기 어렵다. (하)원판구조의 X선이 NGC 1365 은하계의 거대한 가스덩이에 가려져 블랙홀식을 조성한 모습ⓒ NASA/CXC/M.Weiss


우주의 수수께끼

NGC 1365 중심에서 이런 활발한 은하의 핵은 우주에서 가장 밝은 물질에 속한다. 과학자들은 이 뜨거운 가스들에 대한 연구가 우주 역사에서의 많은 수수께끼를 푸는 데 일조할 것으로 믿고 있다. 아직도 현대 과학으로 이해할 수 있는 영역은 매우 제한되어 있다.

블랙홀 자체를 직접 관측할 수 없고 또 어떤 물질도 한 번 들어가면 못나오기에 사람은 블랙홀의 성질과 내부의 상황에 대해 아는 바가 없다. 사실 블랙홀의 존재는 오랫동안 현대 물리학의 이론에 근거하여 만들어진 예측일 뿐이다.

그렇다면 이렇게 끊임없이 주위의 물질을 삼키는 블랙홀은 최종적으로 어떻게 될 것인가? 영국의 저명한 과학자이자 ‘시간의 역사’의 저자인 스티븐 호킹 박사는 블랙홀은 점차 방사하면서 흩어져 사라지며, 내부의 일체 정보도 사라질 것으로 보고 있다. 한편 또 다른 많은 과학자들은 이에 동의하지 않고 정보는 사라지지 않으며 다른 어떤 곳으로 갔을 것으로 여기고 있다.

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