블랙홀과 별의 탄생 그리고 초신성

블랙홀에 대하여

 

먼저 블랙홀이란 무엇일까?
블랙홀(영어: Black hole, 黑洞)[4]은 항성이 진화의 최종단계에서 (중성자별로 가지 않는 한) 폭발 후 수축하여 생성된 것으로 추측되는, 강력한 밀도와 중력으로 입자나 전자기 복사, 빛을 포함한 그 무엇도 빠져나올 수 없는 시공간 영역이다
(출처,위키백과) 

우리가 흔히 알다시피 아주 강하게 무언가를 빨아들이는 우주공간 정도쯤으로 알 수 있다.
우주의 많은 별 중에서도 블랙홀은 유난히도 신기하고 특이한 성질을 갖고 있습니다. 그래서 90년대 초반까지도 블랙홀이란 영화에서나 나올법한 주제였다고 합니다. 지금에서야 허블우주망원경, 라디오 망원경들을 이용한 덕에 관찰할 수가 있게 되었고 그 수가 무려 수백개에 이른다고 합니다. 이렇게 기이하고 신기한 블랙홀은 도대체 왜 생겨난 걸까요?

천문학자들의 추정에 따르면 감마선이 폭발되는 곳에서 생겨난다고 합니다.이 감마선 폭발이 어느 정도의 폭발이라면 빅뱅 때 에너지들이 방출된 규모 제외한 가장 큰 에너지 폭발이라고 생각하면 감이 오실까요. 

하지만 2003년 감마선 폭발한 곳에서 엄청난 크기의 초신성이 발견되면서 감마선 폭발로 인한 생성이 되었다는 주장은 설득력을 잃게 되었다고 합니다.

 

블랙홀의 종류

 

오늘날 관측할 수 있는 블랙홀은 두 종류로 나눠집니다.
항성 형 블랙홀과 은하형 블랙홀인데 항성 형 블랙홀은 별들이 자체 중력의 영향으로 수축하여 생성된 것이고
은하형 블랙홀은 거대한 은하의 중심에 존재하는 블랙홀입니다. 항성 형 블랙홀은 은하형 블랙홀에 비해 쉽게 발견되지 않는다고 합니다. 은하형 블랙홀은 그 위력이 막강하여 은하 속의 주위 다른 별들을 잡아먹을 정도라고 합니다. 위험한 모험심이 발동해서 블랙홀 근처로 가기라도 한다면 엄청난 중력에 의해 산산조각이 날 것입니다.

사건의 지평선

최근 윤하의 노래 제목으로 꽤 여기저기에서 많이 들어봤던 사건의 지평선이란 단어가 블랙홀에서 나온 것인 걸 아실까요? 사건의 지평선은 블랙홀 탈출이 불가능해지는 시점의 경계를 의미합니다. 블랙홀의 중심에서 아주 강력하게 작용하는 중력 때문에 모든 것이 붕괴되고 그 속도가 빛의 속도보다 크기 때문에 외부에서는 빛이나 물질들이 빨려 들어오지만 빨려 들어온 물질은 다시 바깥으로 탈출할 수 없습니다. 하지만 재미있는 점은 사건의 지평선에 닿은 물체를 바깥에서 관찰하고 있는 자에게는 점점 느리게 보이며 경계에 닿지 않게 보인다고 합니다. 

그리고 이 사건의 지평선은 블랙홀의 강착원반의 중심에 자리를 잡고 있습니다. 강착원반이란 블랙홀의 주변을 도는 기체층을 말합니다. 우주의 모든 블랙홀은 빠른 속도로 자전하고 있다고 하고 그러한 블랙홀의 강착원반의 회전속도는 우주에서도 가장 빠르다고 합니다. 그 때문에 먼지들이 빠른 속도의 자전을 하게 됨으로써 원반 모양으로 생성되도록 보이는 것입니다.

 

별의 후손

우리는 모두 별의 후손이다. 라는 말을 들어본 적 있으신가요? 그 말이 정말 사실임을 알 과학적인 근거가 있습니다.
우리의 선조부터 역사 내도록 태양을 숭배하고 우리를 살게 하는 존재로 받들어왔던 역사가 있습니다.
하지만 과학적으로 본다면 지구가 태양의 떨어져 나온 잔해들과 먼지들로 진화한 행성이라는 것과 태양의 온도는 우리 지구를 비추고 생명을 살게 하는 것은 분명하지만 태양의 온도는 스스로는 헬륨을 만들 정도밖에 되지 않는다고 합니다. 그렇다면 태양보다 더 큰 수명을 다한 어떤 별이 초신성폭발을 일으켜서 그 잔해들이 그 근처 우주 골고루 뿌려지고 나눠졌다면
우리는 곧 그 초신성폭발을 일으킨 별의 흔적 속에서 살고 있음이 분명하죠. 이렇기 때문에 우리는 별의 후손이다. 라는 말이 생겨난 것 같습니다.

별이 초신성이 되는 과정

 

별이 초신성이 되는 과정은 아주 험난합니다. 먼저 별이 생성되는 과정부터 얘기를 해보자면
별은 처음에 원시성이라고 불리는 수소가스가 모여있는 형태로 시작합니다. 이 상태에서 중력에 의해 응축되며 수소가스는 자전하게 되며 결국 별은 연성계 또는 태양계가 됩니다.
연성계는 두 개의 천체(주로는 항성 그 외에는 행성,은하,소행성도 포함)가 중력에 의해 상대를 공전하는 천체를 말하는 것이고 다중성계는 그에 해당하는 천체가 셋 이상의 것입니다.
별이 응축되며 내부의 온도는 점점 높아지며 결국 핵융합반응이 발생하면 수소는 헬륨으로 전환됩니다.
전환된 헬륨들은 100억년에 걸친 다 타버린 별들이 원료가 고갈되어 헬륨으로 또 핵융합을 시도합니다.
그 과정에서 별의 크기는 아주 커집니다. 예를 들어 현재의 우리의 태양은 수소를 반 정도 소모한 상태인데 수소가 다 떨어지게 되면 헬륨으로 또 핵융합하게 되고 그 과정에서 아주 커진 태양은 적색거성이 됩니다.
적색거성으로 아주 오랜 시간 살다 헬륨이 또 고갈하게 되면 백색왜성이 됩니다.
백색왜성은 스스로 빛을 내지 못하는 상태라 스스로 빛을 내는 별의 자격을 박탈하여 별이라 칭하지도 못하는 자격이 됩니다. 하지만 초신성이 되는 별들은 질량이 엄청나게 큰 경우라 핵융합이 엄청난 속도로 진행되며 적색거성일 때 중심의 원자핵융합이 빠르게 되며 별 내부에서 백색왜성을 만들어냅니다. 그리고 이 백색왜성의 내부에서 또 여러 원소들이 생겨나고 결국 핵융합 과정에서 에너지를 만들어 낼 수 없게 됩니다. 그러면 급속도로 수축하게 되며 큰 압력으로 아주 높은 밀도를 만들게 되며 응축되어 있다가 폭발하는 순간 초신성이 됩니다.