블랙홀은 우주에서 가장 매혹적인 물체 중 하나이자 신비로운 물체 중 하나입니다. 우주에서 매우 이상한 존재 중 하나입니다. 그중 일부는 너무 이상해서 아마도 사실이라고는 믿어지지 않으실 수 있을 것입니다. 블랙홀의 존재를 뒷받침할 만한 과학적으로 정확하다는 증거가 늘어나지 않았다면 말입니다. 그렇다면 이 이상하고 특이한 존재 블랙홀은 어떻게 만들어졌을까요? 그리고 그것들은 어디에서 왔을까요? 오늘 우주의 발견은 우리가 아직 알 수 없는 블랙홀이 어떻게 형성되었고 그 주변에는 무슨 일이 벌어지는지 알아보겠습니다. 까만 밤하늘에 수놓아져 있는 별들이 보이시나요? 반짝이는 별들은 왜 빛나는 것일까요? 별은 핵융합을 통해 빛과 열을 생성합니다. 별 내부에서는 수소 원자가 고온 고압 상태에서 헬륨으로 합쳐지면서 많은 양의 에너지가 발생하는 것입니다. 이 과정에서 방출되는 에너지는 주로 광자 즉, 빛으로 나타나게 됩니다. 이 빛이 별의 표면을 통과해 우주공간으로 방출되는 것입니다. 이렇게 어마어마한 열과 빛을 만들어내는 별의 핵융합 과정이 바로 우리가 반짝이는 별을 볼 수 있는 이유입니다. 별의 엄청난 양의 대부분은 수소로 이루어진 먼지와 가스가 중력으로 뭉쳐서 만들어집니다. 그 별의 핵에서는 핵융합으로 수소가 헬륨으로 변하면서 엄청난 양의 에너지를 내고 있습니다. 방출되는 에너지는 중력에 맞서며 수축과 폭발의 불안한 균형을 유지합니다. 이 별의 핵융합이 계속되는 한. 별은 모습을 유지하게 되는 것입니다. 하지만 우리 태양보다 훨씬 무거운 별이라면 중력으로 인한 열과 압력으로 더욱 무거운 원소를 만듭니다. 바로 철이 만들어지기 전까지는 말입니다. 철을 만드는 과정에서는 에너지를 전혀 내지 않습니다. 문제는 이 별이 철을 만들어지게 되는 과정에서 에너지를 전혀 절약하지 않기 때문에 방출할 여유 에너지가 없다는 것입니다. 만들어지는 철든 별의 중심부에 자리 잡으며 점점 더 커질 뿐입니다. 철이 만들어지면서 더욱 중력에 대항하는 에너지가 없어지며 불안하게 유지되던 균형은 매우 빠르게 기울어지게 되는 것입니다. 철은 핵에 쌓이기 시작하고 무게가 한계에 다다르면 수축과 폭발의 균형이 깨지게 되는 것입니다. 바로 별의 핵이 오그라드는 것입니다. 찰나의 순간 우리가 초신성이라고 부르는 것과 같은 힘으로 핵을 만나기 위해 돌진하며 중심을 향해 쪼그라듭니다. 중심핵에 더 많은 질량을 축적하게 됩니다. 별이 초신성 폭발을 일으키는 순간 물질과 에너지가 우주 전역으로 폭발합니다. 이때 폭발에 대한 충격력이 낮으면 남아있는 것들이 모여서 또다시 중성자별이 탄생하게 됩니다. 하지만 질량과 힘이 충분히 세고 더 무겁다면 우리가 알고 있는 물리학은 붕괴하고 무너진 별의 중심 부분에 블랙홀이 만들어집니다. 블랙홀의 탄생은 큰 별이 죽는 생애 마지막 사별 과정에서 별의 중력으로 인해 붕괴하면서 탄생하게 됩니다. 블랙홀이 이름 그대로 검은색이라면 블랙홀이 어떻게 존재한다는 사실을 우리가 알 수 있을까요? 블랙홀을 볼 때 여러분이 보고 있는 검은 구체는 실제로 블랙홀 그 자체가 아닙니다. 사실 우리 눈에 보이는 블랙홀은 사건의 지평선 부분입니다. 여기를 넘어서는 순간 블랙홀의 중력이 너무 강해서 우주에서 가장 빠른 존재인 빛조차도 빠져나올 수 없는 공간영역으로 들어가게 되는 것입니다. 이것은 다르게 말하자면 영원히 나올 수 없다는 것을 뜻합니다. 그래서 아무것도 반사하지 않는 검은 공 모양을 보게 되는 것입니다. 그럼 검은 구명은 무엇일까요? 바로 블랙홀의 특이점입니다. 특이점은 시간과 공간 자체를 왜곡하는 힘을 방출합니다. 즉, 공간과 시간 그리고 물리법칙들이 더 이상 적용되지 않는 무한히 작고 밀도가 높은 지점으로 붕괴하는 것입니다. 하지만 그 너머로는 우리가 볼 수 없습니다. 블랙홀의 특이점은 모든 질량이 한 점에 집중되어 부피도 없고 밀도 또한 무한대인 그런 곳이거나 아니면 우리가 전혀 생각지도 못하는 다른 뭔가가 있을 수도 있습니다. 질량이 있는 모든 물체는 중력을 발휘합니다. 우리는 뉴턴 시대부터 이를 알고 있었습니다. 블랙홀은 20세기까지 거의 알려지지 않았습니다. 그러나 아인슈타인이 1915년 일반 상대성 이론을 내놓았을 때 그와 동시대 사람인 칼 슈바르츠실트는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 사용하여 어떤 질량이라도 아주 촘촘하게 압축되면 블랙홀이 될 수 있다고 계산하였습니다. 칼 슈바르츠실트는 이 이론을 통해 너무 거대하고 빛 자체도 탈출할 수 없을 만큼 충분한 중력을 생성할 수 있는 물체가 존재할 수 있다고 추론하며 이것은 질량이 없는 가벼운 광자라도 빠져나올 수 없다면 아무것도 나올 수 없다고 주장하였습니다. 블랙홀 사진을 보면 실제로 블랙홀 자체는 보이지 않습니다. 하지만 우리는 블랙홀의 주변 사건의 지평선을 보고 있는 것입니다. 이곳은 중력이 너무 강해져서 빛이 더 이상 떠날 수 없는 경계선입니다. 어둠밖에 없는 공간입니다. 공간에 미치는 영향은 하나이지만 블랙홀은 우주의 또 다른 측면인 시간 자체에도 영향을 미치는 것입니다. 만약 블랙홀에 뛰어든다면 블랙홀 근처에선 시간이 이상하게 흐를 것입니다. 구경꾼들이 보기엔 여러분이 블랙홀에 다가갈수록 속도가 느려지는 것처럼 보일 것입니다. 여러분의 시간이 느리게 가기 때문입니다. 결국 시간이 멈춰버리고 점점 붉어지다 사라져 버립니다. 그렇지만 빨려 들어가는 당신이 본 우주는 마치 미래를 보는 것처럼 엄청난 속도로 시간이 흐르게 됩니다. 블랙홀이 처음 이론화되었을 때 천문학자와 물리학자들은 블랙홀이 실제로 존재하는지 확신할 수 없었습니다. 블랙홀의 최초 증거가 기록된 것이 불과 40년 후였습니다. 블랙홀은 눈에 보이지 않기 때문에 과학자들이 블랙홀을 탐지하고 연구할 수 있는 유일한 방법은 블랙홀이 주변 물질에 미치는 영향을 관찰하는 것입니다. 여기에는 가스와 먼지가 블랙홀을 향해 떨어질 때 형성되는 입자 디스크인 강착디스크와 초대질량 블랙홀에서 폭발하는 입자 제트 퀘이사가 포함됩니다. 이것이 엑스레이를 통해 블랙홀을 감지할 수 있는 방법입니다.
