우주에서 가장 매혹적인 블랙홀은 과학의 발전에도 여전히 미스터리한 존재입니다. 오늘은 블랙홀의 정의와 생성 그리고 화이트 홀에 대해서 살펴보려고 합니다.
블랙홀 정의
블랙홀은 우주에서 가장 흥미롭고 신비한 현상입니다. 중력이 너무 강해서 빛조차도 탈출할 수 없는 공간의 영역이며 육안으로는 보이지 않으며 주별 물질에 미치는 영향으로만 감지할 수 있습니다. 블랙홀의 개념은 1783년 물리학자 존 미켈이 처음 제안했지만 실제 현상으로 인식된 것은 20세기가 되어서였습니다. 오늘날 천문학자들은 태양 질량의 몇 배에서 수십억 배에 이르는 크기를 갖는 수많은 블랙홀을 우주 전역에서 발견하였습니다. 블랙홀의 특성은 질량, 회전 및 전하에 의해 결정됩니다. 질량은 그 어떤 것도 빠져나갈 수 없고 되돌아올 수 없는 지점인 사건의 지평선 크기를 결정하는 중요한 요소입니다. 사건의 지평선은 탈출 속도가 빛의 속도와 같아지는 반경으로 정의되며 이를 통과하는 모든 것은 블랙홀로 떨어질 운명이 됩니다. 블랙홀의 전하는 순 전하에 의해 결정됩니다. 블랙홀이 전하를 띤다는 것은 이론적으로만 가능하고 우주에 존재하는 대부분의 블랙홀은 중립적이라고 생각됩니다.
생성
여러 가지 방법으로 블랙홀은 만들어질 수 있습니다. 가장 일반적인 방법은 수명이 다한 무거운 별이 붕괴하는 것입니다. 별의 연료가 떨어지면 더 이상 중력에 대응하는 데 필요한 열과 압력을 생성할 수 없어 자체적으로 붕괴됩니다. 별이 충분히 무거우면 이 붕괴로 인해 블랙홀이 형성될 수 있습니다. 또 다른 방법은 두 개의 중성자별 또는 두 개의 브랙홀의 충돌로 발생될 수 있습니다. 두 개의 거대한 물체가 충돌하면 중력파의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출하는데 이는 미국과 유럽의 중력파 탐지기인 LIGO와 Virgo가 감지할 수 있습니다. 생성된 블랙홀은 주변에서 물질을 축적하기 시작합니다. 물질이 블랙홀로 떨어지면 가열되고 방사선을 방출하여 밝은 가스 원반을 생성합니다. 이 원반은 천문학자들이 블랙홀을 연구하는데 자주 사용하는 것으로 지구에서도 볼 수 있습니다. 블랙홀의 생성은 은하의 진화에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 물질이 블랙홀에 떨어지면 방사선과 강력한 입자 제트의 형태로 에너지를 방출하여 주변 은하계의 가스를 가열하고 이온화할 수 있습니다. 이것은 새로운 별의 형성과 은하계의 전체 구조에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 우리는 아직도 블랙홀은 미스터리한 존재이며, 블랙홀에 떨어지는 물질에 무슨 일이 일어나는지 알지를 못합니다. 물리학으로 이해를 하면 물질은 파괴되고 포함된 정보는 영원히 손실되어야 합니다. 이러한 정보의 역설은 현대 물리학의 가장 난제 중 하나입니다.
화이트홀
이론적으로만 존재하는 블랙홀의 반대 개념입니다. 블랙홀이 모든 것을 빨아들이는 공간의 영역이라면 화이트홀은 모든 것을 내놓기만 하는 공간의 영역입니다. 화이트홀의 개념은 1957년 물리학자 존 휠러가 블랙홀을 설명하는 수학 방정식의 가능한 해결책으로 처음 도입하였습니다. 휠러는 블랙홀과 화이트홀이 웜홀을 통해 연결될 수 있다고 제안했는데 웜홀은 시공간에서 멀리 떨어진 두 지점을 연결하는 가상의 터널과 같은 구조입니다. 휠러의 이론에 따르면 블랙홀로 들어가는 물질은 웜홀을 통해 이동하여 우주나 시간의 다른 장소에 있는 화이트홀에서 나오는 것입니다. 화이트홀에 대한 흥미로운 아이디어에도 불구하고 현재 존재를 뒷받침할 증거는 없습니다. 증거 부족으로 인해 일부 과학자들은 화이트홀이 감마선 폭발과 같은 우주의 특정 현상을 설명할 수 있다고 제안하였습니다. 감마선 폭발은 중성자별 두 개의 충돌이나 거대한 별의 폭발로 인해 발생하는 것으로 극도로 밝고 에너지가 상당한 폭발을 말합니다.
