블랙홀의 형성, 블랙홀의 특이점, 블랙홀의 종류

블랙홀

 

1. 블랙홀의 형성

블랙홀은 강력한 밀도와 중력으로 입자나 전자기 복사, 빛을 포함한 그 무엇도 빠져나올 수 없는 시공간의 영역입니다.

블랙홀의 형성은 지금까지 정확히 밝혀지진 않았으나 몇 가지 이론이 있습니다.

먼저 가장 널리 받아들여지는 이론 중 하나는 태양과 같은 항성이 최종 단계를 거쳐 폭발 후 수축하여 생성된 것입니다.

태양과 같은 항성의 중심에서는 항성을 구성하는 수소 원자가 헬륨으로 변환되어 엄청난 양의 에너지를 방출하는 핵융합이 일어납니다. 이 에너지는 별이 더 이상 붕괴하는 것을 막아 중력과 외부 복사 압력 사이의 균형을 만듭니다.

그러다 시간이 지남에 따라 별이 최종 단계에 접어들면 연료가 고갈되어 더 이상 핵융합을 통해 에너지를 생산할 수 없을 때 별이 자체적으로 붕괴하면서 그 중심에 특이점이 형성됩니다. 특이점이란 물리 법칙이 무너지고 중력이 무한해지는 시공간의 지점을 의미합니다. 별이 계속 붕괴함에 따라 별의 외층이 날아가고 중성자별로 알려진 물체만 남습니다. 이때 중성자별의 질량이 너무 크면 자체 중력으로 계속 붕괴하는데 이때 블랙홀이 형성된다는 이론입니다.

또 다른 이론은 빅뱅으로 초기 우주가 탄생할 때 극도로 밀도가 높은 곳에서 형성되었을 가능성을 제시합니다.

이뿐만 아니라 은하가 서로 충돌하고 합쳐지면서 엄청난 중력이 작용하여 가스와 먼지가 중앙 지역에 축적돼 결국 블랙홀이 형성될 수 있다는 이론이 있습니다. 과학자들은 마지막으로 암흑 물질로 형성될 가능성을 제시합니다. 암흑 물질은 우주의 상당 부분을 구성하는 물질로써 이 또한 직접적인 증거가 없는 이론입니다. 이 암흑 물질 입자가 서로 충돌하고 병합하는 과정에서 블랙홀이 형성될 가능성이 있다고 보고 있습니다.   

 

 

2. 블랙홀의 특이점

블랙홀의 중심에는 특이점이라고 하는 일반상대성이론에 따라 시공간의 곡률과 밀도가 무한히 높고 부피가 0인 지점이 있습니다. 이것은 우리가 알고 있는 모든 물리법칙이 무너지는 곳입니다. 중력이 너무 강해서 탈출 속도가 없는 시공간의 영역을 생성하며, 빛을 포함한 모든 것이 이 특이점으로 빨려 들어가 탈출하지 못하므로 블랙홀은 검은색입니다.

블랙홀의 특이점은 중력이 너무 강해져서 시공간 자체의 구조가 뒤틀리고 시간 자체가 왜곡되는 곳입니다.

특이점의 내부에는 지금으로선 정확히 알 수 없지만 과학자들이 제시한 몇 가지 이론이 있습니다.

한 이론은 특이점이 블랙홀에 떨어진 모든 물질이 한 점으로 압축된다는 무한한 밀도의 점이라고 하고, 또 다른 이론은 특이점이 실제로는 점이 아니라 특이점이 매우 빠른 속도로 회전하여 점이 아닌 평평한 구조, 즉 고리 또는 디스크라고 말합니다. 과학자들은 블랙홀의 중심에서 발견되는 특이점을 곡률 특이점이라고 합니다.

특이점의  또 다른 유형은 우주적 특이점입니다.

우주적 특이점은 우주가 빅뱅과 함께 시작되었다고 생각되는 지점, 즉 우주의 시작에 존재하는 특이점입니다.

우주의 시작에 존재하는 우주적 특이점은 블랙홀 중심에서 보이는 곡률 특이점과 같이 모든 물리 법칙이 무너지고 밀도가 무한하고 부피가 0인 단일 지점에서 우주의 팽창이 시작되었다고 여겨집니다.

어디까지나 이 모든 것은 이론적 가설에 불가합니다. 아직 블랙홀과 특이점에 대한 많은 과학적 증명은 이루어지지 않았습니다.       

 

3. 블랙홀의 종류

과학자들은 블랙홀의 종류를 생성과정에 따라 몇 개로 나누어 추측하고 있습니다.

우선 항성 블랙홀입니다. 항성 블랙홀은 우리 태양계에 태양과 같은 항성이 그 생명이 다하여 연료가 바닥나고 자체의 중력의 무게로 붕괴할 때 핵이 폭발하면서 블랙홀을 형성합니다. 태양 질량의 약 5배에서 100배 범위의 질량을 가진 상대적으로 작은 블랙홀입니다. 또한 우주에서 가장 흔한 유형의 블랙홀로 여겨집니다.

두 번째는 중간 블랙홀입니다. 이 블랙홀은 여러 개의 작은 블랙홀이 합쳐지고 충돌했을 때 형성되는 것으로 생각됩니다. 항성 블랙홀보다 덜 일반적으로 여겨지고 있으며, 태양 질량의 100배에서 100,000배에 이르는 질량을 가지고 있습니다.

세 번째는 초대질량 블랙홀입니다. 초대질량 블랙홀은 태양 질량의 수십만 배에서 수십억 배에 이르는 질량을 가진 우주에서 가장 큰 유형의 블랙홀입니다. 이 블랙홀은 은하의 중심에서 발견됩니다. 아직 정확한 형성 과정은 밝혀지지 않았으나,

과학자들은 중간 블랙홀이 여러 개 합쳐지고 충돌하여 형성되는 것으로 추측하고 있습니다.

네 번째 블랙홀은 원시 블랙홀입니다. 이 블랙홀은 미니 블랙홀이라고도 불립니다. 원시 블랙홀은 빅뱅 직후 우주 형성 초기에 만들어질 수 있는 가상의 블랙홀입니다. 이 블랙홀의 존재도 아직까지 가설로만 존재합니다만, 만약 가설이 아닌 실제로 존재한다면 항성 블랙홀에 비해 상당히 작은 질량을 가질 것이며, 그 블랙홀은 작은 질량으로 인해 수명 또한 짧을 것이라고 예상합니다. 

 

 

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