우주과학의 연구대상인 블랙홀

우주과학이란 우주의 천체에서 일어나는 각종 자연 현상들을 수학적 물리학적 지식으로 연구하는 학문이다.

전통적 과학 분류법에 의하면 물리, 화학 지구과학과 같은 물상과학과 생물학, 화학 같은 현상과학으로 분류

되는데 기존에는 없던 우주생물학, 행성과학의 등장으로 우주과학이 보다 넓은 의미의 학문분류로

인정되는 추세이다. 

이전에 설명했던 천문학 또한 지구 포함 이 우주의 모든 사물과 현상을 관측하고 설명하는 학문이라

역사적으로 다양한 이름이 존재해 왔는데 결론적으로 우주를 다양하게 연구해 왔다는 것이다. 

 

천문 우주과학 분야는 국가의 과학 수준을 보여주는 기준이지만 천문학 자체를 학교에서부터 채택해

배우는 것은 굉장히 드물고 정원 자체가 매우 적은 편이라 전공자도 굉장히 소규모이다. 다른 물리학 화학

생물학등과 비교해도 현저히 적다.

나는 그중에서도 블랙홀이 궁금해졌다.물론 다양한 행성과 성운, 혜성 천체도 궁금하고 우주와 천체의

역사 나이 만들어진 과정도 궁금하다. 하나씩 정리하면서 풀어봐야겠다.

 

 

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블랙홀이란

 

블랙홀은 항성 진화하는 과정에서 폭발후 수축해 생성된 것으로 강력한 중력과 밀도로 입자 전자기 복사 빛

그 무엇이라도 빠져나올 수 없는 시공간의 영역으로 일반 상대성이론은 블랙홀이 발생할 수 있음을 예측하고

있다. 블랙홀은 빛을 반사하지도 않는다.

우리가 한 번 들어본 사건의 지평선. 사건의 지평선은 블랙홀로부터 탈출이 불가능해지는 경계를 뜻한다. 어

떤 물체가 이 지평선을 넘어가면 그 물체에는 상상초월의 영향이 가해지지만 바깥 관찰자에게는 속도가 점점

느려져 경계에 영원히 닿지 않는 것처럼 보인다. 

블랙홀은 안을 들여다볼 수는 없지만 블랙홀이 다른 물질과 상호작용하는 모습을 보고 그 성질을 알아낼 수는

있다. 한국에서도 정태현 선생님처럼 연구진들이 참여해 사건지평성망원경 연구팀을 만들어 처녀자리 A은하

에서 인류 최초 블랙홀 사진을 공개하기도 했다. 전파 망원경의 파장을 작게 만들거나 망원경을 크게 만들어

해상도를 높여 촬영했다. 연구 결과 사진의 블랙홀은 블랙홀의 온 빛이나 주변 발생 빛이 중력에 의해 휘감겨

형성된 고리 모양으로 나타났다. 그래서 이 공간을 내부 빛이 빠져나오지 못해 만들어졌다해 블랙홀의 그림자라고 불린다.

 

블랙홀의 성질

블랙홀은 만들어진 이후 어느정도 안정이 되면 오로지 3개의 독립적인 물리량, 질량 전하 각운동량 만을 갖게

된다. 이 물리량이나 변수들은 동일한 2개의 블랙홀은 고전역학을 통해 구분하는 것은 불가능하다고 한다.

 

블랙홀의 형성과 진화

실제로 존재하는지 여부를 알수없으니 그저 아인슈타인 방정식에서 도출된 비정상적 결과물에 지나지 않는

것이 아닌지 의문을 가질 수 있지만 (아인슈타인 그마저 이 것을 구하다가 본민마저 붕괴 블랙홀은 존재할 수

없다는 잘못된 판단을 하기도 함) 일부 소장파가 블랙홀이 물리적 천체로서 실재한다는 견해를 고수했고 학계

에서는 사건의 지평선 형성을 가로막는 장애물이 없다는 데 동의하기에 이른다.

 

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블랙홀의 성장

 

블랙홀은 일단 형성된 뒤에도 질량을 추가적으로 흡수하여 성장할 수 있다. 모든 블랙홀은 주위에 기체 성간

진 그리고 우주배경복사를 지속적으로 흡수하게 된다. 성장 주된 과정이 주로 흡수하면서 진행되기에 구상성

단에서 발견되는 중간질량 블랙홀 형성에 대해서도 유사하게 생각한다.

또 다른 의견으로는 다른 블랙홀과 융합할 경우가 있는데 굳이 다른 천체와 융합될 필요는 없지만

작은 천체들을 집어삼키면서 성장했을 것으로 추측되는 초대질량 블랙홀이 그러하다. 

 

 

블랙홀의 증발

블랙홀도 증발할 수 있을까? 여기서는 호킹복사 이론이 등장하는데 호킹이라는 작자가 블랙홀은 완전히 검지

않으며 작은 양의 열복사를 내보낼 것이라고 예측했으면 그러한 현상을 호킹복사라 부르기로 했다. 이 이론에

따르면 블랙홀이 매우 매우 작으면 그만큼 호킹복사도 매우 강해지고 사람 정도의 질량을 가진 블랙홀이라면

증발한다는 것. 블랙홀의 질량이 작을수록 증발은 빠르게 일어난다.

실제로 호킹 복사가 실재하는지 논란이 일었으나 2015년 스타인하우너 박사가 만든 초음속으로 회전시킨 블

랙홀에서 안으로 들어가는 물질이 극소량 방출되는 것이 관찰되어 일부 증명되었다. 

 

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