블랙홀이 진짜 존재하나요?
블랙홀이 존재하지 않는다고 생각하는 사람들도 있습니다. 그도 그럴 것이 우리는 블랙홀이 어딘가에 존재한다는 것은 알지만 블랙홀을 실제로 본 사람은 아무도 없죠. 그 이유는 블랙홀이 말 그대로 암흑 그 자체일뿐만 아니라 자신이 빨아들이는 물체에서 나온 뜨거운 기체에 둘러 싸여 있기 때문입니다.
과학자들은 알버트 아인슈타인의 일반 상대성이론에 근거해서 “블랙홀이 크기에 비해 질량이 굉장히 크며 한 번 들어가면 나올 수 없는 ‘사건의 지평선’이라는 것이 있다”고 ‘생각’하는 것입니다.
한국천문학회가 펴낸 책 <천문학 용어집>에 따르면 사건의 지평선(event horizon)은 그 내부에서 일어난 사건이 외부에 영향을 줄 수 없는 경계면을 뜻합니다. 블랙홀 외부에서 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 블랙홀 내부에서는 블랙홀 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 크기 때문에 다시 밖으로 나갈 수 없습니다. 이 경계면이 사건의 지평선인 거죠.
제프리 베네트는 그의 책 <상대성이론이란 무엇인가>에서 사건의 지평선을 '블랙홀 내부와 바깥 우주의 경계'라고 요약했습니다. 바깥에서 봤을 때 시간이 멈춘 것처럼 보입니다. 하지만 이 경계가 눈에 보이는 것은 아닙니다. 일부 과학자들은 아인슈타인의 이론이 맞고 그 이론에 따라 생각했던 자신들이 옳다는 것을 증명하고 싶어합니다.
관측하지 못하는게 블랙홀이 존재한다는 증거?
텍사스대학의 천체물리학 대학원생 Wenbin Lu 씨는 “별들이 블랙홀로 빨려 들어가며 생기는 결과를 계산했다”며 “이 과정은 수십억 광년 떨어진 곳에서 일어나지만 천체학적 거리로는 충분히 볼 수 있을 만한 거리”라고 설명했습니다.
Lu 씨는 별들이 은하계의 중심으로 떨어지는 속도에 대한 자료와 사전 정의된 매개변수를 충족한 은하계의 수, 블랙홀에 별이 빨려들어갈 때 발생하는 빛이 어느 정도여야 하는지까지 이 세 개의 자료를 병합해 분석을 실시했습니다. 분석 결과 에너지 방출에 대한 별 다른 신호를 발견하지 못했다고 합니다. 이 연구는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 더 강화해주는 결과였습니다.
한 별이 블랙홀로 빨려들어가면 먼저 띠 모양을 그리며 빨려들어갑니다. 그리고 블랙홀의 중력에 의해 찢겨져 나갑니다. 만약 블랙홀의 사건의 지평선이 딱딱한 표면이라면 과학자들이 이 과정에서 발생하는 에너지 방출의 신호를 확인할 수 있었겠지만, 사건의 지평선은 다시는 돌아갈 수 없는 곳이기 때문에 그러지 못하죠.
우리가 관측하지 못한다는 것이 오히려 블랙홀이 사건의 지평선을 가지고 있다는 증거가 될 수도 있겠네요.
연구의 한계
하지만 Lu씨의 연구에는 한계가 있는데요. 블랙홀의 크기를 한정 지은 상태로 연구를 진행했습니다. 연구진은 블랙홀을 사건의 지평선의 지름보다 조금 더 크다고 가정했습니다. 따라서 불확실한 구역이 작았고 중력 적색 이동에 의해 빛이 희미해져 지구에서 관측하기 힘들었습니다.
만약 블랙홀들이 사건의 지평선과 같은 크기의 구체라면 빛이 블랙홀 밖으로 달아날 수 있어야 합니다. Lu 씨의 연구진이 그 증거를 관측할 수도 있어야 했죠.
연구진은 또한 블랙홀이 회전한다는 사실을 간과했습니다. 블랙홀의 회전은 몇몇 수치들을 바꿔 놓을 수도 있는데 말이죠. 그리고 연구진의 계산은 태양보다 수백만 배 큰 질량을 가진 거대질량 블랙홀에만 해당하는 계산방법이었습니다.
