천문학에서의 블랙홀에 대하여 - (4)

목차
1. 블랙홀의 촬영 스토리
2. 블랙홀이 가진 특징

 

 

 

 

 

1. 블랙홀의 촬영 스토리

실제로 블랙홀이 촬영된 것은 21세기에 들어서면서 이다. 그전까지는 과학자들의 이론으로만 존재했었지만 과학기술과 관측기술의 발달로 인해 실제로 우리 인류의 눈으로 블랙홀의 실체를 확인하게 된 것이다. 인류는 2019년에 최초로 블랙홀을 촬영하게 되는데 EHT라는 이름을 가진 팀이 이루어낸 성과였다. EHT는 Event Horizon Telescope 약자로서 말 그대로 블랙홀의 사건의 지평선을 촬영을 한다는 의미를 지니고 있다. 실제 촬영한 블랙홀은 M87이라는 블랙홀로서 촬영사진을 보면 블랙홀 주변에 빛의 띠가 둥글게 휘감고 있는 것을 볼 수가 있다. 측정된 바로는 이 블랙홀은 질량은 태양 질량의 약 65억 배 정도이며 그 크기는 거의 우리 태양계 전체 크기 보다도 더 큰 지름이 약 380억 km 정도 되었다. 이런 활영이 가능했던 것은 전 세계에 분포되어 있는 총 8개의 전파망원경을 활용하여 촬영이 이루어졌기 때문이다. 이 전파망원경은 칠레의 아타카마 사막과 미국 애리조나 사막, 스페인 그레나다, 멕시코 시에라네그라 마운틴, 남극에 있는 전파망원경, 그리고 하와이에 있는 전파망원경들이 총동원되었다. 이렇게 여러 개의 전파 망원경을 연결하면 지구만 한 크기의 망원경으로 관측하는 효과를 가질 수 있다. 이때 관측된 데이터가 어마어마하여 인터넷 망으로 공유가 되지 않아 하드드라이브를 직접 비행기에 실어 날랐다고 전해진다. 이렇게 관측된 사진은 사실 우리 인간이 볼 수 있는 가시광선 영역이 아닌 전파로 측정한 것이기 때문에 사람들이 보는데 이해를 높이기 위해 검붉은 색을 입힌 것이다. 실제로는 인간이 이 부분을 볼 수 있는 것은 아니다. 말 그대로 블랙홀은 빛조차 빨려 들어가서 아무것도 보이지 않는 검은색 그 자체이기 때문이다. 하지만 전파망원경으로 관측된 데이터를 바탕으로 하여 에너지 밀도 분포를 따라서 색을 입힌 것이라 보면 된다. 관측된 블랙홀의 이름은 포웨히라고 칭해졌는데 그 이유는 관측한 전파 망원경 중에서 2대가 하와이에 있는 것이었기 때문에 화와 이식으로 이름을 붙인 것이다. 이 이름의 의미는 하와이식의 표현을 빌리자면 영원한 창조물에 치장이 된 어둠의 원천이라는 다소 약간 심오한 느낌의 단어이다. 이 블랙홀은 실제 영화 인터스텔라에 나오는 블랙홀과 유사하게 생겼으며 사진만으론 블랙홀의 회전 방향을 알아내기는 어렵고 그렇다고 각운동량이 아예 없는 상태는 아니라고 전해지고 있다. 그 이후에 2022년도에는 ETH에서 우리 은하 중심의 블랙홀 사진을 촬영하게 된다. 이렇게 촬영된 블랙홀의 이미지는 다소 흐릿한데 그 이유는 이러한 블랙홀이 우리 지구에서 너무나 멀리 떨어져 있기 때문이다. 최초에 촬영된 블랙홀 M87 같은 경우는 지구로부터 무려 5,300만 광년 떨어진 거리에 있었고, 이것은 우리 은하 크기의 무려 530배에 달하는 거리이다. 

2. 블랙홀이 가진 특징들

이제 이러한 블랙홀이 가진 특징들에 대해서 알아보려고 한다. 실제로 이러한 블랙홀들은 우리가 생각하는 단순한 2차원 평면에서 빨려들어가는 깔때기 형태의 구멍으로 표현되지 않는다. 블랙홀은 그것의 어마어마한 중력으로 인해 중력렌즈효과가 나타나게 되며 그 주변은 아주 심하게 왜곡이 돼버려서 검은 구체모양이 될 것이다. 이것은 어떠한 것도 더 이상 빠져나올 수 없는 한계지점인 사건의 지평선이 블랙홀의 특이점으로부터 전방향으로 어떤 크기를 가진 구모 양으로 형성되기 때문이다. 그래서 이러한 블랙홀의 중심인 특이점은 항상 사건의 지평선 너머에 존재하기 때문에 외부에서는 관측이 될 수가 없는 것이다. 우리가 일반적으로 생각하는 거의 무한히 압축되는 천체들을 초고밀도 천체라 부르지만 실제로 블랙홀은 그렇지가 않다. 태양이나 그 이하 정도의 질량을 가진 블랙홀이 만들어지려면 물론 백색왜성이나 중성자별보다는 더 큰 밀도를 가지고 있어야 되지만 M87과 같이 태양 질량의 수십억 배에 달하는 초거대 질량 블랙홀인 경우에는 지구에 있는 어떤 물체보다도 더 낮은 밀도에서도 만들어질 수가 있다. 모든 파장에서 엄청나게 밝게 빛나는 거대한 블랙홀 중의 하나인 퀘이사 같은 경우에는 가시광선 영역에서도 관측이 가능하지만 대체적으로 일반적인 블랙홀 들은 가시광선 영역에서의 관측이 불가능하고 X선 관측으로만 가능하다. 실제로 EHT에서 관측한 블랙홀도 블랙홀 자체를 관측했다기보다는 블랙홀 주변의 강착원반을 관측한 것이고 이러한 블랙홀의 형상은 블랙홀의 그림자를 관측했다고 해야 될 것이다. 우리가 잘 알다시피 블랙홀의 사건의 지평선 안쪽으로 들어가게 된다면 더 이상 탈출 할 수가 없게 되는데 일반 상대성 이론에 따르면 시공간의 특성이 바뀌게 되어 공간이 시간과 같은 방향성을 가지게 된다. 그리고 사건의 지평선을 넘어가게 되면 빠르거나 느린 속도로 특이점으로 달려가게 된다. 다시 일반상대성이론에 대한 블랙홀 얘기를 해보자면 블랙홀에 가까이 다가가면 갈수록 시간은 점점 느려지게 된다. 블랙홀에 가까이 다가가는 사람에게는 시간이 동일하게 가는 것처럼 느껴지지만 외부 관측자가 그들을 바라다봤을 때는 시간이 느려지는 것처럼 보인다. 외부에서 보면 블랙홀에 가까워지면 시간은 아주 무한대로 늘어나게 되어 수억 년에 걸쳐 아주 느리게 사건의 지평선에 다가가는 것처럼 느껴지겠지만 실제 사건의 지평선에 빨려 들어가는 사람의 입장에서는 순식간에 블랙홀 안으로 빨려 들어가는 느낌을 받을 것이다. 반대로 블랙홀로 빨려 들어가는 사람의 입장에서 외부를 본다면 우주 종말을 아주 초고속으로 보고 있는 것일 수도 있다.