블랙홀은 무엇에 의해 생기는건가요??
우주엔 블랙홀이 있다고 알고있는데요 블랙홀은 지구의 태풍처럼 생겼다가 없어졌다 하는 존재인가요?? 아니면 행성처럼 계속 있는건가요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
블랙홀이 어떻게 생기는 지는 아직 정확하게 관측된 사실이 없습니다. 그래서 가설을 세우고 계산을 통해 이론적으로 생기는 과정을 유추할 수 있습니다. 블랙홀은 태양 질량의 수백배가 되는 별의 죽음으로 생성될 수 있으며, 애초에 우주에 있는 별, 성간물질이나 가스가 응축하여 만들어질 수 있습니다.
별의 죽음으로 생기는 원리는, 거대한 별은 중력이 강합니다. 그래서 별이 살아 있을 때에는 핵융합 반응을 통해 열이 발생돼 별의 자체적인 중력과 평형을 이루며 별의 형태를 유지할 수 있습니다. 하지만 별이 죽게되면서 더 이상 핵융합 반응을 못하고 결국 자체 중력을 이기지 못하고 별이 붕괴하여 블랙홀이 되는것이죠.
애초에 우주에 있는 성간물질이나 가스가 응축하면서 만들어진 블랙홀은 물질이 뭉쳐 자체적으로 강한 중력을 이길만한 열, 에너지를 만들지 못하고 붕괴되어 블랙홀이 되는것입니다.
<초신성 폭발>
별은 핵융합 과정을 통해 빛과 에너지를 발합니다. 별이 핵융합 반응을 더 이상 할 수 없게 되면 온도가 서서히 떨어지며 자체적인 중력에 수축을 시작합니다. 그리고 수축하면서 마찰에 의해 열이 올라 더 무거운 원자들이 핵 융합 반응을 하게 되죠. 즉, 남은 에너지를 사용하는 것입니다. 그리고 핵 융합에 의해 다시 뜨거워진 별은 다시 팽창합니다. 그래서 백색거성, 적색 거성 등등의 거성이 되는 것이죠. 이러한 거성의 핵융합 반응이 끝나면 또다시 내부에는 무거운 원자들이 남게 되면서 식게 되고 중력에 의한 수축이 일어납니다. 그리고 수축에 의해 다시 뜨거워지죠. 그런데, 이 때는 무거운 원소들만 남아 핵융합 과정이 잘 일어나지 않기 때문에 더욱 빠르고 강한 수축으로 온도가 급격히 올라갑니다. 그리고 온도가 어느정도 오르게 되면 남아 있는 무거운 원자들의 핵융합 반응이 빠르게 일어납니다. 이 때 발생한 열에너지로 원자핵을 제외한 물질이 별을 떠나 날아가게 되는데, 이러한 폭발을 초신성 폭발이라고합니다. 그리고 초신성 폭발 후 남은 원자핵은 질량에 따라 중성자별이 되거나 블랙홀이 될 수 있습니다. 거대한 질량이 별이 죽음으로써 식어 강한 중력에 의해 수축하기 시작합니다. 그리고 거대한 질량 때문에 강한 중력을 행사하는데, 이 중력은 축퇴압을 뛰어넘어 붕괴되며 블랙홀이 됩니다. 여기서 말하는 축퇴압이란 중성자(스핀 1/2)는 페르미온(fermion)으로 양자역학에서 파울리 베타 원리에 따라 같은 상태를 가지지 못합니다. 즉, 중성자 별 내에서 중력 위치에너지에 따라 다른 에너지와 다른 스핀 상태를 가지고 있어야 합니다. 하지만, 별의 강한 중력은 축퇴압을 깨 중성자 별 내에 중성자들이 같은 상태가 되버리며 붕괴해 블랙홀이 되는 것이죠.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
블랙홀은 매우 질량이 큰 항성이나 중성자성의 성이 끝단에 도달하여 발생하는 현상입니다. 블랙홀의 형성은 주로 항성의 진화 과정 중에 일어납니다.
항성은 수소와 헬륨 같은 가스가 중력에 의해 압축되어 생성되는 열과 압력의 균형 상태에 있는데, 이를 유지하기 위해 핵융합 반응이 일어납니다. 그러나 핵 연료가 소진되면 항성은 중력에 의해 압축되기 시작합니다.
압축이 계속되면서 항성의 중심 부근에서 매우 강력한 중력이 형성됩니다. 이렇게 강력한 중력은 빛마저도 특정 경계를 넘어서지 못하게 합니다. 이 경계를 이론적으로 '사건의 지평선'이라고 부르며, 사건의 지평선 안쪽으로 물질이 더 이상 탈출할 수 없게 됩니다.