화성에 소금물 발견으로 과게글을 쭉 둘러보는데
생각외로 과게에 오는 분들중에서도 블랙홀에 대한 오해가 많으신것 같아 비전공자 수준으로 (물론 저도 비전공자^^;;)
블랙홀에 대한 글을 적어 보고자 합니다.
일단 블랙홀은 항성 즉 우리가 흔히 말하는 별이 수명이 다해서 생기는 결과물입니다.
자세한 설명은 생략하고 블랙홀에 대해 알아보기 전 항성 상태일때 태양 질량을 기준으로 크게 1.44배가 넘는경우와 아닌 경우로 일단 나누어 보겠습니다.
넘지 못한 경우중 태양의 1/12 수준인 경우 별의 수명이 다할때 식어가는데 이것을 갈색왜성이라 합니다.
위보다 질량이 크고 태양의 1/4보다 질량이 작은 항성이 수명을 다할때 내부에서는 핵 융합 반응이 일어납니다.
일어나는 내부의 핵 융합의 과정중 헬륨을 융합시키지 못하고 내부의 핵이 헬륨인 상태인 경우 이를 백색왜성이라 부릅니다.
태양이나 태양의 1.44배 미만의 질량을 가진 별의 경우 수명이 다할 때 내부에서 일어나는 핵 융합 반응에 의해 중심핵이 철에 가까워 지는데 철은 안정적인 원자 이기에 더이상 핵융합 반응이 일어나지 않게 됩니다.
(흔히 철이라는 금속이 부식이 잘되거나 하는 성질 때문에 안정적이지 않다고 생각 할 수 있는데 원자 개념에서 철은 핵융합과 핵분열의 종착지라고 할 수 있습니다. 즉 철보다 낮은 원자번호의 물질들이 핵융합 과정으로 계속 융합하다가 철에서 멈추고 핵분열 역시 철에서 멈추게 됩니다. 우주의 끝은 철로 이루어 진다고 들은 것 같은데 맞나 모르겟네요^^;;)
그런 항성들 역시 백색 왜성이 되는데 앞의 백색 왜성의 경우 이루고 있는 물질이 탄소인 반면 더 높은 질량의 항성들은 산소 네온 마그네슘 등 탄소보다 더 높은 원자량을 지는 원소들을 포함한 백색 왜성이 된다고 합니다.
그렇다면 중요한 태양의 1.44배 이상의 경우는 어떻게 될까요? 중심핵이 철로 융합되는 과정이 멈추고 바로 그 유명한 초신성이 됩니다.
흔히 초신성을 새로운 별이 생기는 걸로 알고 있지만 밤하늘에 갑자기 밝은 천체가 나오는 것을 보고 우리 선조들은 별이 생겼다고 생각했죠.
실상은 죽기직전의 외침! 이라고 할까나요? 초신성이 될때 핵으로 수축하던 물질들이 축퇴압에 의해 멈춰지고 이 후 튕겨저 나가면서 에너지를 방출한는데 무려 한 은하 전체의 빛을 합친 것 만큼 밝다고 합니다(은하 하나에 별이 약 3000억개 정도). 그러면서도 방출된 에너지의 1%정도에 불과하다고 하니 정말 어마어마한 힘입니다.
태양의 1.44배 이상 3배 미만의 질량을 가진 초신성은 축퇴압보다 강한 중력이 작용하기 때문에 중성자가 되버립니다
축퇴압에 이해가 쉽게 설명한자면 원자를 구성하는 요소로 원자핵과 전자 크게 두개로 놓고 볼 때 원자핵은 물질의 질량을 결정하고 전자는 그 물질의 부피를 결정한다고 할 수 있습니다. 물질이 아무리 압축이 되려고 해도 기본부피 그러니까 전자와 원자핵의 거리는 특정 거리 이하로 좁혀지지 않는데 그것이 축퇴압이라 할 수 있습니다. 즉 축퇴압을 넘어선 중력이 작용할 경우 그 거리가 붕괴되어 우리의 상식을 뛰어넘는 밀도로 원자가 가까워 지게 됩니다. 알다시피 원자의 핵에는 양성자와 중성자가 있는데 축퇴압을 넘는 힘이 작용할 셩우 이 양성자와 전자가 합처져 버려서 중성자가 되버립니다.
즉 위의 질량을 가지는 초신성의 폭발이 끝날 경우 중성자별이 됩니다.
하지만 태양의 3배가 넘는 질량을 가진 초신성은 어떻게 될까요?
역시 초신성 폭발 후 중성자 별이 되어 버렸지만 높은 질량으로 인해 그 중력이 더 강합니다. 이 경우 중성자와 중성자의 축퇴압을 뛰어넘는 강한 중력이 작용하게 되고 이 중성자들이 한곳의 특이점으로 수렴하게 된다고 합니다. 바로 이 상태가 블랙홀 이라고 합니다.
블랙홀의 이름중 블랙은 사실에 가깝지만 홀은 오해를 만든 단어입니다. 블랙홀의 막대한 중력으로 인해 빛조차도 탈출 할 수 없는 상태 혹은 그러한 지점을 블랙홀이라 통칭 합니다. 우리가 지구에서 우주로 나가기 위해서 알아야 할것이 있는데 그것중 하나가 지구 탈출 속도입니다. 즉 지구를 빠져 나가기 위한 최소한의 속도 이지요. 약 11.6km/s입니다(실제로는 이만큼의 동력을 100% 내지않고도 탈출할 수 있다고 합니다). 하지만 블랙홀의 탈출속도는 30만km/s을 넘으니 정말 엄청난 힘입니다.
많은 공상과학만화나 영화등에서 단골로 나오는 블랙홀.. 아직도 풀지못한 비밀들이 많이 있지만 그런 공상속의 존재많은 아니라는 것을 알려드리고 싶었습니다^^;; 제가 좀더 실력이 있었다면 아인슈타인의 일반상대성 이론과도 같이 설명을 곁붙이면서 흥미를 유발 할 수도 있었을텐데 거기까지는 제 능력의 한계로 여기서 마무리 할까 하네요^^
ps 제 과학끈이 짧은 관계로 1형 블랙홀 2형블랙홀에 대한 구분을 제대로 안하고 그냥 뭉뚱그려서 전반적인 이해를 돕는데 주력했습니다^^;;
3줄 요약
블랙홀은 별이 죽어가면서 쪼그라 들면서 만들어진다
질량이 너무 커서 빛조차 빨려들어가면 탈출 할 수 없다
(일단은) 구멍 같은건 없다
