블랙홀은 우주에서 가장 이상하고 매혹적인 물체 중 일부입니다. 빛조차 그들의 손아귀에서 벗어날 수 없을 정도로 밀도가 높습니다. 은하수에는 1억 개 이상의 블랙홀이 있을 수 있지만 이 탐식스러운 짐승을 탐지하는 것은 매우 어렵습니다. 우리 은하의 중심에는 초거대질량 블랙홀 궁수자리 A*가 있습니다. NASA의 발표에 따르면 이 거대한 구조는 태양 질량의 약 400만 배이며 지구에서 약 26,000광년 떨어져 있습니다. 블랙홀의 첫 번째 이미지는 2019년 EHT(Event Horizon Telescope) 공동 작업에서 촬영되었습니다. 지구에서 5,500만 광년 떨어진 은하 M87의 중심에 있는 블랙홀의 놀라운 사진이 전 세계 과학자들을 흥분시켰다.
블랙홀의 개수와 발견
아인슈타인은 1916년 일반 상대성 이론을 사용하여 블랙홀의 존재를 처음 예측했습니다. 몇 년 후인 1967년에 미국의 천문학자 존 휠러가 "블랙홀"이라는 용어를 만들었습니다. 수십 년 동안 블랙홀은 이론적인 대상으로만 알려졌습니다. 최초로 발견된 블랙홀은 백조자리 X-1으로 백조자리 은하수 내에 있습니다. NASA에 따르면 천문학자들은 1964년 로켓이 엑스선의 천체를 감지했을 때 블랙홀의 징후를 처음 보았습니다. 1971년에 천문학자들은 X선이 이상하고 어두운 물체를 도는 밝은 파란색 별에서 나온 것이라고 결정했습니다. 검출된 X선은 밝은 별의 항성 물질이 모든 것을 잡아먹는 블랙홀인 어두운 물체에 의해 "먹혀진" 결과라고 제안되었습니다. 우주 망원경 과학 연구소(Space Telescope Science Institute, STScI)에 따르면 별의 약 1000분의 1 질량은 블랙홀이 되기에 충분합니다. 은하수에는 1000억 개 이상의 통계가 포함되어 있으므로 우리 은하에는 약 1억 개의 블랙홀이 있어야 합니다. 블랙홀을 감지하는 것은 어려운 작업이며 NASA는 은하수에 10억에서 10억 개의 항성 블랙홀이 있을 것으로 추정합니다. 지구에서 가장 가까운 블랙홀은 "유니콘"이라고 불리며 약 1,500광년 떨어져 있습니다. 별명에는 이중적인 의미가 있습니다. 블랙홀 후보는 Monoceros("유니콘") 별자리에 위치할 뿐만 아니라 매우 낮은 질량(태양의 약 3배) 때문에 거의 독특합니다.
2019년 EHT(Event Horizon Telescope)와 공동으로 블랙홀을 촬영한 첫 번째 이미지가 공개되었습니다. EHT는 망원경이 사건의 지평선 또는 블랙홀이 탈출할 수 없는 과거 영역을 탐사하면서 은하 M87의 중심에 있는 블랙홀을 보았습니다. 이 이미지는 광자(빛 입자)의 갑작스러운 손실을 매핑합니다. 천문학자들이 블랙홀이 어떻게 생겼는지 알게 되면서 블랙홀 연구를 위한 완전히 새로운 분야도 열리게 됩니다. 2021년 천문학자들은 M87의 중심에 있는 거대한 블랙홀의 새로운 모습을 밝혀냈고, 이는 이 거대한 구조가 편광에서 어떻게 보일지 보여줍니다. 편광된 빛의 파장은 편광되지 않은 빛에 비해 방향과 밝기가 다르기 때문에 새로운 이미지는 블랙홀을 더 자세히 보여줍니다. 편광은 자기장의 신호이며 이미지는 블랙홀의 고리가 자화되었음을 명확하게 보여줍니다.
블랙홀의 생김새
블랙홀에는 세 개의 "층"이 있습니다: 외부 및 내부 사건 지평선, 그리고 특이점. 블랙홀의 사건 지평선은 빛이 빠져나갈 수 없는 블랙홀 입구 주변의 경계입니다. 입자는 이벤트 지평선을 벗어날 수 없습니다. 중력은 사건의 지평선에서 일정합니다. 블랙홀 내부에 물체의 질량이 존재하는 영역을 특이점(singularity)이라고 하며, 블랙홀의 질량이 집중되는 시공간의 한 지점입니다. 과학자들은 우주에서 별과 다른 물체를 보는 방식으로 블랙홀을 볼 수 없습니다. 대신 천문학자들은 먼지와 가스가 밀도가 더 높은 유기체로 빨려 들어갈 때 블랙홀에서 방출되는 복사선을 감지하는 데 의존해야 합니다. 그러나 우리은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀은 주변의 두꺼운 먼지와 가스층에 의해 가려져 신비한 방출을 차단할 것입니다. . 내 던지다. 거의 상대론적 속도로 움직이는 물질의 밝은 제트가 생성되었습니다. 블랙홀은 아직 보이지 않지만 강력한 제트는 멀리서 볼 수 있습니다. 공시 하다 EHT의 M87 블랙홀 이미지(2019년 출시)는 촬영 후에도 2년의 연구가 필요한 대규모 작업이었습니다. 전 세계의 많은 천문대에서 망원경의 협력으로 인터넷을 통해 전송할 수 없는 엄청난 양의 데이터가 생성되기 때문입니다. 시간이 지남에 따라 연구원들은 다른 블랙홀을 이미지화하고 물체가 어떻게 생겼는지에 대한 저장소를 구축하기를 희망합니다. 다음 표적은 우리은하의 중심에 있는 블랙홀인 궁수자리 A*가 될 가능성이 높다. 2019년 연구에 따르면 궁수자리 A*는 예상보다 조용하기 때문에 흥미롭습니다. 자기장이 활동을 방해하기 때문일 수 있습니다. 그해의 또 다른 연구에서는 궁수자리 A* 주변에서 멋진 후광을 발견하여 블랙홀 주변 환경에 대한 전례 없는 통찰력을 제공했습니다.
종류와 특징
지금까지 천문학자들은 항성, 초질량, 중간의 세 가지 유형의 블랙홀을 확인했습니다. 별 블랙홀 - 작지만 치명적 별의 연료가 다 떨어지면 물체가 무너지거나 저절로 떨어집니다. 더 작은 별(태양 질량의 약 3배)의 경우 새로운 핵은 중성자별 또는 백색 왜성이 될 것입니다. 그러나 더 큰 별이 붕괴함에 따라 계속 압축되어 항성 블랙홀을 형성합니다. 단일 별의 붕괴로 형성된 블랙홀은 상대적으로 작지만 믿을 수 없을 정도로 밀도가 높습니다. 이 물체 중 하나는 태양 질량의 3배 이상을 도시의 지름으로 압축했습니다. 이로 인해 거대한 중력이 그 주위의 물체를 끌어당깁니다. 그러면 항성 블랙홀은 계속해서 크기가 커져서 근처 은하의 먼지와 가스를 소비합니다. 초대질량 블랙홀 - 거인의 탄생 공시 하다 작은 블랙홀이 우주를 채우고 있지만 그들의 사촌인 초대질량 블랙홀이 지배적입니다. 이 거대한 블랙홀은 태양보다 수백만 배 또는 수십억 배 더 크지만 직경은 거의 같습니다. 이 블랙홀은 우리 은하를 포함하여 거의 모든 은하의 중심에 있는 것으로 생각됩니다. 과학자들은 그러한 거대한 블랙홀이 어떻게 생겼는지 확신하지 못합니다. 일단 이 거대한 별들이 형성되면, 은하 중심에 풍부한 주변 먼지와 가스로부터 질량을 모아 더 크게 성장합니다. 초대질량 블랙홀은 수백 또는 수천 개의 작은 블랙홀이 합쳐진 결과일 수 있습니다. 큰 가스 구름은 또한 함께 붕괴되어 빠르게 질량을 얻을 수 있습니다. 세 번째 옵션은 클러스터 붕괴, 즉 함께 떨어지는 별 클러스터입니다. 넷째, 초대질량 블랙홀이 거대한 암흑물질 클러스터에 나타날 수 있습니다. 다른 물체에 대한 중력의 영향으로 관찰할 수 있는 물질입니다. 그러나 암흑물질은 빛을 내지 않고 직접 관찰할 수 없기 때문에 무엇으로 이루어져 있는지 알 수 없습니다.
중간 블랙홀 과학자들은 한때 블랙홀이 크고 작은 크기로만 존재한다고 생각했지만 연구에 따르면 중간 또는 중간 크기의 블랙홀(IMBH) 가능성이 나타났습니다. 그러한 물체는 성단의 별들이 연쇄 반응을 겪을 때 형성됩니다. 같은 지역에서 형성된 이러한 IMBH 중 몇 개는 결국 우리 은하의 중심에 모여 초거대질량 블랙홀을 생성할 수 있습니다. 2014년에 천문학자들은 나선 은하의 팔에서 중간 질량 블랙홀로 보이는 것을 발견했습니다. 그리고 2021년에 천문학자들은 고대 감마선 폭발을 사용하여 하나를 발견했습니다. 공동 저자인 영국 더럼 대학의 팀 로버츠(Tim Roberts)는 성명에서 "천문학자들은 이 중간 크기의 블랙홀을 찾기 위해 매우 열심히 노력해 왔다"고 말했다. "그들의 존재의 징후가 있지만 IMBH는 찾는 데 관심이 없는 오래 전에 잃어버린 친척처럼 행동하고 있습니다." 2018년 연구에 따르면 이러한 IMBH가 왜소은하(또는 매우 작은 은하)의 중심핵에 존재할 수 있다고 제안했습니다. 이러한 은하 10개를 관찰한 결과, 이 중 5개는 최근의 조사 이전에 과학에 알려지지 않았으며, X선 활동(블랙홀에서 흔히 볼 수 있음)이 밝혀졌으며, 이는 36,000에서 316,000 태양질량 사이의 블랙홀이 존재함을 시사합니다. 약 100만 개의 은하를 조사하는 슬론 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey)에서 가져온 정보는 블랙홀에서 일반적으로 발견되는 빛의 종류를 감지할 수 있으며 근처의 파편을 포착하고 있습니다.
2015년에 천문학자들은 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)를 사용하여 병합되는 항성 블랙홀의 중력파를 감지했습니다. LIGO Scientific Collaboration(LSC)의 David Shoemaker 대변인은 "우리는 태양질량 20배 이상의 항성질량 블랙홀의 존재를 추가로 확인했습니다. 이것은 LIGO가 탐지하기 전에는 존재하지 않았던 블랙홀입니다. 물체"라고 말했습니다. , 성명에서 말했다. LIGO의 관측은 또한 블랙홀이 회전하는 방향에 대한 통찰력을 제공합니다. 두 개의 블랙홀이 서로를 중심으로 회전하는 것처럼 같은 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있습니다. 쌍성 블랙홀이 어떻게 형성되는지에 대한 두 가지 이론이 있습니다. 첫 번째는 두 개의 블랙홀이 쌍성 형태로 함께 태어나 거의 동시에 폭발한 두 개의 별에서 왔다는 것을 보여줍니다. 동반성은 서로 같은 방향으로 회전하기 때문에 두 개의 블랙홀도 뒤처지지 않습니다. 두 번째 모델에서는 클러스터의 블랙홀이 클러스터의 중심으로 가라앉아 쌍을 형성합니다. LIGO Scientific Collaboration에 따르면 이 동료들은 서로에 대해 무작위 회전 방향을 갖습니다. 스핀 방향이 다른 컴패니언 블랙홀에 대한 LIGO 관측은 이 형성 이론에 대한 더 강력한 증거를 제공합니다. "우리는 이진 블랙홀 시스템에 대한 실제 통계를 수집하기 시작했습니다."라고 LIGO Hanford Observatory의 Caltech LIGO 과학자인 Keita Kawabe가 말했습니다. "일부 블랙홀 쌍성 형성 모델이 오늘날 다른 모델보다 여전히 더 인기가 있고 앞으로 더 좁힐 수 있기 때문에 이것은 흥미롭습니다."
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