초대 질량 블랙홀은 어떻게 만들어 지나요?
일반적으로 블랙홀은 늙은 별(항성)이 죽음을 맞이하면서 나타나는 폭발로 형성되는 것으로 알려졌습니다. 이렇게 탄생하는 블랙홀은 아무리 거대해도 태양 질량의 100배를 넘기 어렵습니다. 최근 발견된 태양 질량 1억배의 블랙홀은 어떻게 만들어 질까요?
6개의 답변이 있어요!안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
초대 질량 블랙홀은 매우 질소화된 물체인 매우 큰 별의 최종 단계인 중성자성 콜랩스 또는 수퍼노바 폭발을 통해 형성될 수 있습니다. 이러한 과정은 매우 거대하고 엄청난 에너지를 가진 별의 진화에 따라 발생합니다.
일반적으로, 중성자성 콜랩스는 대량의 별이 수소 연료를 소진한 후 내부에서 중력에 의해 붕괴되는 과정에서 발생합니다. 이러한 붕괴는 별의 중심 부분에서 수백만 톤의 물질이 매우 작은 부피로 압축되는 것을 의미합니다. 이 압축은 중성자를 형성하며, 중성자는 매우 높은 밀도와 강력한 중력을 가지게 됩니다.
그 후, 더욱 질소화된 블랙홀은 중성자성 콜랩스에서 발생한 것입니다. 이는 중성자의 압축이 중력에 의해 더욱 진행되어 중성자의 밀도가 한계를 초과하여 무한히 작은 지점인 싱귤래리티로 더욱 압축되는 것을 의미합니다. 이 싱귤래리티 주변에는 이벤트 지평선이 형성되고, 그 이상의 모든 것은 블랙홀로 향하게 됩니다.
안녕하세요. 김형준 과학전문가입니다.
초대질량 블랙홀의 기원에 관한 연구 영역은 현재까지 황무지입니다.
천체물리학자들은 일단 블랙홀이 은하의 중심에 자리잡고 있으며, 그것이 외부의 물질의 강착과 다른 블랙홀과의 충돌로써 성장했음동의한다합니다.
가장 유력한 가설은 씨앗, 태양 질량의 수십에서 아마 수천 배의 블랙홀이 무거운 별의 폭발로 형성되어 물질의 강착으로 성장했을 것이라는 설입니나.
또다른 가설은 최초의 별이 형성되기 전 동안에 "준성"(quasi-star)으로 붕괴하여 초기 질량이 약 ~20 태양 질량인 블랙홀을 형성하고, 그 후 빠른 강착으로 비교적 빨리 중간질량 블랙홀이 되는 거대한 가스 구름을 연관성이 있습니다. 질량이 커졌을 때도 강착속도가 줄어들지 않으면 초대질량 블랙홀이 됩니다.
처음의 "준성"은 중심부에서의 전자-양전자 쌍의 형성으로 인한 방사 섭동(radial perturbations)으로 불안정하게 되었을 것이고, 별의 대부분의 질량을 방출하여 잔해가 블랙홀에 남는 것을 막는 초신성 폭발 없이 곧바로 붕괴했을 것입니다.
그 외의 가설은
계의 음의 열용량(negative heat capacity)이 핵에서 상대론적인 속력의 분산속도를 제공함으로써 핵붕괴를 겪고 있는 밀집된 성단과 연관있다고 보고 있습니다.
마지막은, 빅뱅 직후 첫 순간에 외부 압력에 의해 곧바로 원시 블랙홀이 형성되었을 지도 모릅니다.
안녕하세요. 장대은 과학전문가입니다.
초기 우주의 항성 형성 때는 매우 무거운 별들이 만들어졌을 것으로 생각된다. 이 별들은 수명을 다하고 붕괴를 일으켜 질량 103 M☉ 이상의 블랙홀을 형성했다. 이 블랙홀들이 오늘날 대부분의 은하들의 중심에서 발견되는 초대질량 블랙홀들의 씨앗이 되었을 것이다.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
일반적으로 블랙홀은 늙은 별(항성)이 죽음을 맞이하면서 나타나는 폭발로 형성되는 것으로 알려져 있습니다. 이 폭발은 초신성 폭발이라고 불리며, 별의 중심핵이 중력의 붕괴로 인해 폭발하면서 발생합니다. 초신성 폭발로 인해 별의 중심핵은 블랙홀로 붕괴됩니다.
하지만, 태양 질량의 1억배에 달하는 블랙홀은 항성의 죽음으로 형성되기에는 너무 거대합니다. 따라서, 이러한 블랙홀은 다음과 같은 두 가지 방법으로 형성될 수 있다고 생각됩니다.
첫 번째 방법은 초기 우주에서의 붕괴입니다. 빅뱅 이후 우주는 매우 뜨겁고 팽창하는 상태였습니다. 이때, 우주 공간에 존재하던 가스와 먼지가 중력의 작용으로 뭉쳐지면서 거대한 블랙홀이 형성될 수 있습니다. 이러한 블랙홀은 태양 질량의 1억배에 달하는 것도 가능합니다.
두 번째 방법은 은하 충돌입니다. 두 개의 은하가 충돌하면, 충돌 과정에서 발생하는 중력의 작용으로 은하 중심의 블랙홀이 서로 합쳐질 수 있습니다. 이러한 블랙홀 합병으로 인해 태양 질량의 1억배에 달하는 블랙홀이 형성될 수 있습니다.
안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.
이런 블랙홀의 연구는 인간의 지식이 아주 기초중에 기초에 불가하다고 합니다.
아직 그 누구도 100배 혹은 그 이상의 발생원인은 모를것입니다.
감사합니다.
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
일반적으로 블랙홀은 늙은 별(항성)이 죽음을 맞이하면서 나타나는 폭발로 형성되는 것으로 알려졌습니다. 이렇게 탄생하는 블랙홀은 아무리 거대해도 태양 질량의 100배를 넘기 어렵습니다.
이렇게 항성 폭발로 블랙홀이 탄생할 수 있는 최초 시점은 별이 탄생한 빅뱅 이후 1억년 즈음으로 예상되고 있습니다. 이때 태양 질량의 100배가 되는 블랙홀이 탄생하더라도 현 시점에 태양 질량의 100억배 이상으로 성장하는 것은 사실상 불가능합니다.
하지만 이미 천문학계에서는 태양 질량의 수백억배를 넘어서는 블랙홀들을 다수 관측한 바 있습니다. 항성 폭발로는 이런 초대질량 블랙홀들이 만들어질 수 없기에 학계에서는 별의 죽음이 아닌 우주 공간 내 가스구름이 붕괴되면서 시작부터 거대한 블랙홀이 탄생할 수 있다는 가설이 있습니다.
최근 발견된 태양보다 1억배 큰 블랙홀도 이런 원리에서 생성되었다는 것입니다.
