빛 조차 통과 할 수 없는 미지의 세계. 블랙홀.

공상과학 만화라던지, 우주를 주제로 만든 영화에는 빠지지 않고 등장하는 절대적인 존재가 있는데 그것은 바로 블랙홀이 되겠다. 인간이 그려낸 이야기 속에서 블랙홀은 '이 세상 무엇이든 빨아들이는 구멍', 또는 '다른 차원으로의 이동이 가능한 통로' , '시간과 질량 등 지구의 기준이 무효가 되는 세상' 등으로 표현되고 있다. 내가 어렸을 때, 그러니까 1900년대에는 대부분의 주인공들이 블랙홀에 빨려 들어가지 않으려 노력하고 그걸 극복하는 식으로 이야기가 만들어졌었다. 그러나 지금은 블랙홀을 몇십 년의 시간을 거스르는 방법으로 사용하기도 하고, 지구가 속한 태양계가 아닌 다른 은하계로의 이동을 위한 통로로 표현되기도 한다. 

 

 블랙홀은 중력이 너무 강해서 어떤 입자나 빛과 같은 전자기 복사도 빠져나갈 수 없는 시공간 영역입니다. 일반 상대성 이론은 충분히 밀집된 질량이 시공간을 변형시켜 블랙홀을 형성할 수 있다고 예측합니다. 탈출 불가능의 경계를 사건 지평선이라고 부릅니다. 비록 그것이 물체를 가로지르는 운명과 상황에 엄청난 영향을 미치지만, 일반 상대론에 따르면 그것은 국소적으로 감지할 수 있는 특징이 없습니다. 여러 면에서 블랙홀은 빛을 반사하지 않기 때문에 이상적인 흑체처럼 행동합니다. 게다가, 곡선 시공간에서의 양자장 이론은 사건의 지평선이 그것의 질량에 반비례하는 온도의 흑체와 같은 스펙트럼으로 호킹 복사를 방출한다고 예측합니다. 이 온도는 항성 블랙홀의 경우 10억 분의 1 켈빈 수준이며, 이는 직접적으로 관측하는 것을 본질적으로 불가능하게 만듭니다.

빛이 빠져나갈 수 없을 정도로 중력장이 강한 물체들은 18세기에 존 미첼과 피에르 시몬 라플라스에 의해 처음 고려되었습니다. 1916년, 카를 슈바르츠실트는 블랙홀을 특징짓는 일반상대론의 최초의 현대적 해법을 발견했습니다. 1958년 데이비드 핀켈스타인은 "블랙홀"을 어떤 것도 빠져나갈 수 없는 우주의 영역이라는 해석을 처음으로 발표했습니다. 블랙홀은 오랫동안 수학적 호기심으로 여겨져 왔습니다; 이론적인 연구가 그것들이 일반 상대성에 대한 일반적인 예측이라는 것을 보여준 것은 1960년대 이후였습니다. 1967년 조셀린 벨 버넬에 의한 중성자별의 발견은 천체물리학적 실재 가능성으로서 중력에 의해 붕괴된 작은 물체에 대한 관심을 불러일으켰습니다. 최초로 알려진 블랙홀은 시그너스 X-1로 1971년 몇몇 연구자들에 의해 독립적으로 확인되었습니다.

 

항성 질량의 블랙홀은 질량이 큰 별들이 생애의 마지막에 붕괴할 때 형성됩니다. 블랙홀이 형성된 후, 그것은 주변으로부터 질량을 흡수함으로써 성장할 수 있습니다. 수백만 태양질량의 초대질량 블랙홀은 다른 별들을 흡수하고 다른 블랙홀과 합쳐짐으로써 형성될 수 있습니다. 초대질량 블랙홀이 대부분의 은하의 중심에 존재한다는 데에는 의견이 일치합니다.

블랙홀의 존재는 다른 물질과 가시광선과 같은 전자기 복사와의 상호작용을 통해 추론할 수 있습니다. 블랙홀에 떨어지는 물질은 마찰에 의해 가열된 외부 강착 원반을 형성하여 우주에서 가장 밝은 물체 중 하나인 퀘이사를 형성할 수 있습니다. 초대질량 블랙홀 가까이 지나가는 별들은 "제비뽑기" 전에 매우 밝게 빛나는 스트리머로 쪼개질 수 있습니다."11] 만약 다른 별들이 블랙홀 주위를 돌고 있다면, 그들의 궤도는 블랙홀의 질량과 위치를 결정할 수 있습니다. 이러한 관측은 중성자별과 같은 가능한 대안들을 배제하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 방법으로 천문학자들은 쌍성계에서 수많은 항성 블랙홀 후보들을 찾아냈고, 우리 은하의 중심부에 있는 궁수자리 A*로 알려진 전파원에 태양 질량 약 430만 개의 초대질량 블랙홀이 포함되어 있다는 것을 밝혀냈습니다.

2016년 2월 11일, LIGO 사이언티픽 콜라보레이션과 처녀자리 공동 연구진은 중력파의 첫 번째 직접 검출을 발표했는데, 이는 블랙홀 병합의 첫 번째 관측입니다. 2017년 사건 지평선 망원경(EHT)이 메시에 87 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀을 관측한 후, 2019년 4월 10일 블랙홀과 그 주변부에 대한 첫 번째 직접 사진이 공개되었습니다. 2021년 현재, 블랙홀로 추정되는 가장 가까운 천체는 약 1,500 광년(460 파섹) 떨어져 있습니다(가장 가까운 블랙홀 목록 참조). 지금까지 우리 은하에서 발견된 블랙홀은 불과 수십 개에 불과하지만, 수억 개로 추정되며, 이들 대부분은 홀로 있고 방사능을 방출하지 않습니다. 그러므로, 그것들은 중력 렌즈에 의해서만 탐지될 수 있을 것입니다.