블랙홀은 왜 도넛 모양인가요?

Question

블랙홀을 관측하면 실제 블랙홀이 보이는 게 아니라 그 주변 빛을 본다고 하던데요. 그런 사진을 보니까 도넛 모양 같던데, 왜 그런 모양인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

블랙홀이 도넛 모양으로 보이는 것은 일반적인 블랙홀의 구조와 관련이 있습니다. 도넛 모양은 블랙홀 주위의 가스나 먼지 등이 블랙홀을 둘러싸고 회전하는 형태로 인해 생기는 것으로 추정됩니다.

블랙홀은 매우 강력한 중력을 가지고 있어 주위의 물질을 흡수합니다. 이때, 블랙홀 주변에 있는 물질이 블랙홀로 향하면서 회전하는데, 이는 강력한 중력장에 의한 "원반형 흐름"이 형성되는 것으로 이해됩니다. 이러한 원반형 흐름은 블랙홀 주변을 도는 물질의 회전운동을 나타내며, 도넛 모양으로 보이게 됩니다.

또한, 블랙홀 주변에서는 극좌표계라고 불리는 좌표계가 형성되는데, 이 좌표계에서 물질은 회전하는 경로를 따라 도넛 모양으로 나타날 수 있습니다.

Answer 2

블랙홀은 중력이 극도로 강한 공간으로, 그 주변에는 이벤트 호라이즌이라고 불리는 영역이 형성됩니다. 이벤트 호라이즌은 블랙홀로부터 빠져나올 수 없는 경계로, 빛도 이 경계를 통과할 수 없습니다.

블랙홀의 강력한 중력은 주변의 공간을 왜곡시킵니다. 이로 인해 빛은 중력에 의해 경로가 굽혀지며, 블랙홀 주변을 돌아가는 곡선 경로를 따라 이동합니다. 이러한 현상을 중력 렌즈 효과라고 합니다.

중력 렌즈 효과로 인해 빛이 곡선 경로로 이동하면서, 이벤트 호라이즌을 통과하지 않는 경로가 형성됩니다. 이러한 경로에서 빛은 이벤트 호라이즌을 둘러싼 곳에서 양쪽으로 편향되게 이동하며, 블랙홀의 중심을 둘러싼 도넛 모양의 그림자를 형성하게 됩니다.