블랙홀이란 무엇이며 어떻게 형성되나요?

Question

우주에 블랙홀이 있다고 하는데 블랙홀은 무엇이고 어떻게

형성되었는지 궁금합니다.

그리고 실제로 블랙홀을 직접 관찰 할 수 있는 기술도 있는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

블랙홀은 매우 강한 중력력으로 인해 모든 물체와 빛을 흡수하여 아무 것도 탈출할 수 없는 공간을 말합니다. 블랙홀은 매우 높은 질량을 가진 별이 그 질량을 잃어버리면서 형성됩니다. 이러한 현상은 슈발리에의 별 분열 이론에 기반하여 이해됩니다. 별은 중심에서 핵융합에 의해 열과 광을 방출하면서 살아가는데, 핵 연료가 바닥나면 핵 붕괴가 일어나며 별은 일종의 폭발을 일으키며 죽게 됩니다. 이때, 별의 질량이 충분히 크면 폭발 후에 중심부에는 밀도가 매우 높은 핵성 물질이 남아있게 되는데, 이러한 핵성 물질이 중력력으로 인해 더욱 더 압축되면서 블랙홀이 형성됩니다.

실제로 블랙홀을 직접 관찰하기는 어렵지만, 블랙홀 주변에서의 현상들을 관찰하여 블랙홀의 존재와 특성을 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 블랙홀 주변의 가스나 물질 등이 블랙홀에 흡수되면서 방출되는 방사선 등을 측정하거나, 블랙홀 주변의 물체들의 궤도를 관측하여 블랙홀의 질량과 중력력 등을 파악하는 방법 등이 있습니다. 최근에는 LIGO(레이저 보조 중력파 망원경)를 비롯한 중력파 탐지 장비도 개발되어 블랙홀이 발생시키는 중력파를 감지하여 블랙홀을 간접적으로 확인할 수 있는 기술적 발전이 이루어지고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

우리가 살고 있는 지구에는 중력이 작용해 우리가 아무리 힘껏 돌멩이를 던져도 돌멩이는 곧 땅에 떨어집니다.
그렇다면 얼마나 큰 속도로 물체를 던져 올려야 그 물체가 지구의 인력권을 벗어나 지구로 떨어지지 않게 될까요?
과학자들은 이러한 속도를 이탈속도라고 합니다.
현재 지구에서 우주선을 타고 우주 공간으로 나가려면 최소 11.18km/s의 속도가 필요합니다. 이 속도가 바로 지구의 이탈속도 입니다.
이탈속도는 탈출하고자 하는 천체의 질량의 재곱근에 비례하고 반지름의 제곱근에 반비례합니다.
수식으로 나타내면 탈출속도 V = 루트(2GM/r^2)으로 나타냅니다. G는 중력상수이고, M은 벗어나려는 물체의 질량, r은 그 물체의 반지름입니다.
우리에게 익숙한 천체들의 이탈속도를 계산해보면
달은 2.4km/s, 태양은 6백17km/s 등 임을 알수 있습니다.
천체의 질량이 아주 크거나, 아니면 질량은 크지 않아도 질량에 비해 반지름이 극히 작다면 그 천체를 탈출하기가 힘들 것입니다.
간혹 이탈속도가 빛의 속도 이상인 천체, 즉 빛의 속도로도 탈출할 수 없는 천체가 존재합니다. 이러한 천체는 빛도 탈출할수 없으므로 일반적인 방법으로는 관측할 수가 없습니다. 이러한 천체를 우리는 블랙홀이라 부릅니다.
블랙홀은 별이 진화해 죽음에 이르면 나타납니다.
그러나 모든 별이 블랙홀이 되는 것은 아닙니다.
우주공간에 흩어져있는 성간물질이 중력에 의해 모이면 내부 온도가 올라갑니다. 내부 온도가 1천만℃에 이르면 핵융합 반응이 일어나 별이 됩니다.
그러나 핵융합이 끝난 별은 중력 때문에 수축하며 죽음으로 치닫게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 황석현 과학전문가입니다.

블랙홀은 태양보다 크게는 몇백배 더 무거운 천체가 붕괴될 때 반지름이 매우 작고, 무게는 무거운 상태가 되어 표면에서의 탈출속도가 빛보다 빨라야 하는 상태가 되는데 이 상태를 블랙홀이라고 합니다.

블랙홀에서는 빛도 빠져나갈 수 없기때문에 직접 관측할수는 없지만, 주변 천체를 흡수할 때 위아래에서 빛을 방출하기 때문에 간접적으로 관측할 수 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 과학전문가입니다. 질량이 큰 별이 수명을 다할때 핵분열힘이 별 자체의 중력 힘보다 약해지면서 숙하게되고 폭팔을 일으킵니다 이때 질량이 큰별의 중심부는 별의 폭팔압력에의해 더욱수축하게되고 중심부는 수축될수록 중력이 점점커져 블 랙홀이됩니다. 블 랙홀은 강한중력에 의해 빛까지 빨아들이기 때문에 외부에서 보면 아무것도 없는것처럼 검게 보이기 때문에 블 랙홀이라고 부르게 되었습니다