우주의 신비인 중력은 어떻게 작용하며,블랙홀 형성이 궁금합니다.

Question

우주에서 중력은 어떻게 작용하며, 중력의 작용으로 인해 발생하는 현상 중 하나인 블랙홀은 어떻게 형성되는지 궁금합니다. 쉬운설명은 감사합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

중력은 물체 간의 상호작용으로 인해 발생하는 힘이며, 이 힘은 물체의 질량과 거리에 의해 결정됩니다. 즉, 물체 간의 질량이 크고 거리가 가까울수록 중력은 강해집니다.

블랙홀은 매우 큰 질량을 지닌 별이 그 질량으로 인해 충분한 중력을 발생시켜, 자신의 질량에 의해 자신의 모든 빛까지도 포획하는 천체입니다.

블랙홀의 형성 과정은 대략적으로 다음과 같습니다. 매우 큰 질량을 지닌 별이 수명을 다하면서, 내부에서 발생하는 핵융합 반응에 의해 생성된 열 에너지의 공급이 줄어들면서, 별의 중력이 점점 더 강해집니다. 이 때, 별의 중심부는 매우 밀도가 높아지는데, 그 밀도가 마침내 빛의 탈출도 막게 되면서 블랙홀이 형성됩니다.

블랙홀의 중력은 매우 강력하므로, 주변에 있는 물체를 흡수하게 되며, 이를 통해 블랙홀 주위를 둘러싼 먹이 디스크가 형성됩니다. 블랙홀의 중력은 빛도 포획할 수 있으므로, 블랙홀 자체는 빛을 발산하지 않아서, 관측이 어렵습니다. 하지만, 블랙홀 주위의 먹이 디스크, 즉 블랙홀을 중심으로 도는 물질들은 블랙홀의 중력에 의해 가속되면서, 높은 온도에서 방출되는 X선을 만들어내므로, 이를 통해 관측이 가능합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

블랙홀은 대량의 물질이 충돌하여 충분히 높은 질량 밀도를 가지게 되면 발생합니다. 일반적으로 높은 질량의 별이 지구와 같은 행성의 경우 중심에서 발생하는 에너지로 인해 수소를 핵융합하여 헬륨을 만들어내면서 방사선으로 발광합니다. 그러나 높은 질량의 별은 내부에서 핵융합을 계속하다가 연료가 떨어지면 중력이 더 이상 상쇄될 수 없게 됩니다. 그 때 별은 중심으로 무수히 많은 물질이 무한히 수축하게 되고, 끝에는 아주 작은 크기의 블랙홀이 생성됩니다.

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블랙홀의 질량이 클수록 중력이 강해지므로 블랙홀 안으로 떨어지는 물체는 속도가 빨라지면서 시공간의 곡률에 따라 왜곡되게 됩니다. 그래서 블랙홀에 떨어지는 물체는 원자나 분자 수준에서부터 아주 작은 입자 수준으로 쪼개져서 '스파게티화' 되는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 블랙홀에 들어가는 것은 불가능합니다.

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그러나 블랙홀의 근처로 가면 중력이 아주 강해지므로 시간이 느리게 가고, 물체는 궤도를 돌며 빛도 휘어지는 등 이상한 현상들이 일어납니다. 이러한 현상은 인간이 아주 가까이에서 관측해야 비로소 확인됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.우주에서 중력은 모든 물체가 서로를 끌어당기는 힘입니다. 이 중력은 물체의 질량에 비례하며, 거리에 반비례합니다. 즉, 질량이 더 크면 중력도 더 강하고, 물체간의 거리가 가까울수록 중력도 더 강합니다.

블랙홀은 중력이 매우 강한 천체로, 우주에서 가장 강력한 중력을 가지고 있습니다. 블랙홀은 질량이 매우 큰 항성이 끝나게 되면 형성됩니다. 이때 항성은 자신의 질량에 의해 충분히 압축되어 중심 부근에서 매우 높은 밀도를 갖게 됩니다. 이러한 밀도는 중력을 더욱 강하게 만들어 물체를 흡수하는 능력이 강화됩니다.

이렇게 밀도가 높아진 항성은 자신의 질량에 의해 자신을 끌어당기며, 핵 융합 반응을 일으켜서 열을 방출하며, 더욱 밀도가 높아지게 됩니다. 이 과정에서, 질량이 너무 많아져서 중력이 강력해져 핵융합으로 생성된 열의 압력도 이를 억제할 수 없게 됩니다. 결과적으로, 핵융합 열에 대한 압력이 중력에게 지배당하는 상황이 오면, 항성은 폭발하면서 자신의 질량을 중심부로 수축시키고, 그 결과 블랙홀이 형성됩니다.