[블랙홀처럼 생긴 이것은 무엇인가?] -태양밖을 동그랗게 둘려싼 원형 빛깔- -Circle Rainbow- -원형 무지개- -석가 탄신일날- -햇무리- -해를 품은 무지개--개그-

2018년 5월22일 석가 탄신일 날 오전에 비도 오지 않았습니다 무지개는 비 온 뒤에 생기는 경우가 많은데, 햇빛 비치고 있었으며, 날씨도 비가 안 올 정도로 아주 맑았습니다 그리고 원형 무지개가 태양 둘레를 동그랗게 고리처럼 감싸 져 있었습니다 마치 블랙홀이 생긴것 처럼 지금까지 살면서 난생 처음 보았습니다 참으로 신기하고 놀랍네요 블랙홀은 검은(black) 구멍(hole), 즉 강한 중력에 의해 빛 조차 빠져 나올 수 없어서 검게 보이는 천체를 뜻한다 1783년 영국의 성직자이며 자연철학자였던 미첼(John Michell)은 뉴튼(Isaac Newton)의 역학과 중력이론을 기초로 별이 무거우면서도 크기가 작으면 별 표면에서 빛 조차 빠져나올 수 없게 되어 별이 보이지 않을 것이라고 주장하였다 이후 아인슈타인(Albert Einstein)이 1915년 일반상대성이론을 발표하고 같은 해 슈바르츠실트(Karl Schwarzschild)가 블랙홀의 수학적 해를 발견함으로써 비로소 블랙홀을 현대물리학적으로 이해할 수 있게 되었다 질량이 존재하면 시공간이 휘게 되고 휜 시공간의 효과가 바로 중력이라는 것이 일반상대성이론이다 이 이론에서 블랙홀은 시공간이 심하게 휘어서 어떤 입자나 빛도 바깥으로 빠져 나갈 수 없는 영역을 말한다 이 영역의 바깥 경계면을 사건의 지평선(event horizon)이라고 한다 회전하지 않는 블랙홀의 사건의 지평선은 블랙홀의 질량에 따라 정해지는 슈바르츠실트반지름(슈바르츠실트반경, Schwarzschild radius)에 위치한다 질량이 태양과 같은 블랙홀의 슈바르츠실트반지름은 3 km이다 블랙홀에서 사건의 지평선 안쪽이 어떤 상태인지는 관측할 수 없을 뿐만 아니라, 이론적으로도 탐구하기가 어렵다 양자적 효과 때문에 블랙홀 내부에서 나오는 미약한 빛, 즉 호킹복사가 나온다는 이론이 있으나 관측적으로 검증되지 않았다 블랙홀의 존재는 사건의 지평선 밖에서 일어나는 일을 관측함으로써 알아낸다 외부에서 물질이 유입되면 사건의 지평선 밖에 부착원반이 형성되고 가열되어 빛을 내게 되고, 이 빛을 관측하여 중심부 질량을 추정함으로써 블랙홀을 확인한다 우주에서 최초로 확인된 블랙홀은 강한 엑스선을 내는 백조자리 X-1이다 이는 별과 비슷한 질량을 갖는 별질량 블랙홀이다 우리은하를 비롯해서 대부분의 은하 중심부에는 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 이르는 초대질량블랙홀(supermassive black hole)이 있다 은하 중심부의 초대질량블랙홀에 충분한 물질이 유입되면, 은하 중심부는 활성화되어 매우 강력한 빛을 방출하는 퀘이사나 활동은하핵이 된다 블랙홀에서는 시간지연 현상이 일어난다 블랙홀은 중력렌즈, 중력파와 같은 일반상대성 현상들과 긴밀한 연관이 있다 사건의 지평선과 블랙홀의 크기 블랙홀은 보통 별이나 중성자별 등의 천체들처럼 특정한 공간을 물질들이 채우고 있는 상태가 아니므로 보통 천체와 달리 블랙홀의 크기는 외부와 단절된 영역의 크기를 의미한다 그림 1은 회전하지 않은 블랙홀 시공간 중 2차원 곡률만을 표현한 그림이다 중심으로 갈수록 공간이 심하게 휘어 특정한 영역 안쪽에서는 빛 조차도 밖으로 빠져 나올 수 없게 된다 이 경계면을 사건의 지평선(event horizon)이라 부르는데 이 안에서 일어난 사건은 외부와 단절된다는 뜻이다 질량이 태양의 10배인 블랙홀의 반경은 30 km, 태양의 1억 배인 블랙홀의 반경은 3억 km로 태양-지구 거리의 2배 정도가 된다 그러나 이 크기는 블랙홀까지의 거리에 비해 너무 작아 현재의 망원경으로는 그 모습을 직접 관측하기 매우 어렵다 회전하지 않는 천체의 크기가 슈바르츠실트반지름보다 작아지면 블랙홀이 되게 된다 따라서 태양을 3 km 보다 작게 만들면 블랙홀이 되겠지만 현재 태양의 물리적 상태를 고려하면 태양이 저절로 이렇게 작아질 가능성은 없다 그러나 질량이 아주 큰 별은 진화 과정에서 중력에 의해 수축되어 그 크기가 슈바르츠실트반지름보다 작아지면서 블랙홀이 될 수 있다