블랙홀 형성 과정

우주 과학을 공부하면서 우리는 너무나도 신비한 천체들을 발견하고 연구하고 있습니다. 그 중에서 흥미로운 주제인 블랙홀은 여전히 많은 부분이 수수께끼 입니다. 빛조차 삼킬 수 있는 우주 진공청소기인 블랙홀은 수십 년 전에는 천문학자들의 유니콘같은 환상의 존재로, 현재에는 관측가능한 신비의 천체로 존재하고 있습니다. 이번 포스팅에서 우리는 블랙홀 형성 과정을 알아보려합니다

 

블랙홀 이해

블랙홀은 수명을 다한 거대한 별의 잔해에서 탄생합니다. 노쇠한 항성의 핵연료를 모두 소모하면, 무자비한 중력에 의해 극적인 붕괴를 겪게 됩니다. 이러한 별의 붕괴로 인해 특이점(무한 밀도 지점)과 사건의 지평선으로 알려진 주변 경계가 형성됩니다.

 

항성 핵융합

블랙홀 형성 과정은 핵융합을 통해 광채를 발산하는 거대한 항성의 중심부에서 시작됩니다. 항성은 더 가벼운 원소를 더 무거운 원소로 융합하면서 일련의 진화 단계를 거칩니다. 이 과정에서 항성이 소유하고있던 철(Fe)원소가 합성되며 별의 중심부의 수명은 끝나가게 됩니다.

 

초신성 폭발

이러한 항성의 마지막속에서 초신성 폭발이라고 알려진 격변적인 사건이 발생합니다. 무거운 원소로 강화된 핵의 밀도는 무한으로 수렴하고 항성의 중심핵은 이렇게 높아진 밀도에 더해진 중력의 파괴력을 견딜 수 없을 때, 핵은 안쪽으로 붕괴되어 광대한 우주 거리에 걸쳐 눈부신 폭발을 일으키며 항성의 바깥에 있던 원소들을 우주로 내뿜는 폭발을 하게됩니다..

 

특이점의 형성

초신성 폭발로 항성의 핵으로 빨려들어가지 않았던 외부층 잔해들은 모두 외부로 퍼져 나가고 남은 핵을 중심으로 질량의 임계값 (현재 연구로는 태양 질량의 약3배)를 넘게 되면 무한한 밀도와 무한의 중력을 가진 특이점을 형성하게 됩니다. 

 

블랙홀의 유형

우주에는 다양한 유형의 블랙홀이 있으며, 각각 고유한 형성 과정을 가지고 있습니다. 원시 블랙홀은 초기 우주에서 은하의 고밀도, 고중력 지역에서 형성되었을 수 있습니다. 위에서 설명한 것처럼 항성 질량 블랙홀은 거대한 별의 붕괴로 인해 발생합니다. 은하 중심에서 발견되는 초대질량 블랙홀은 시간이 지남에 따라 주변 물질의 강착과 다른 블랙홀과의 합병을 통해 성장합니다.

 

블랙홀 관찰

블랙홀의 파악하기 어려운 특성에도 불구하고 천문학자들은 블랙홀을 탐지하고 연구하기 위한 독창적인 방법을 고안했습니다. 빛마저 빠져나올 수 없는 블랙홀의 특징을 이용하여 빛의 굴절과 특정 항성간의 움직임을 관측하여 블랙홀의 여부를 관찰하고, 최근에는 X선 관측, 중력파 감지 등의 방식을 통해 블랙홀의 존재와 현상을 관측하고 있습니다

 

블랙홀 형성과정 요약

지구만한 항성이 수명이 끝나감에 따라 밝게 빛을내던 항성 내부 연료가 바닥나면서 항성의 핵을 중심으로 무거운 원소들마저 빨려 들어감으로서 밀도가 높아지고, 밀도가 높다는것은 중력이 높아지면서 강대한 중력의 힘을 견디지 못하고 터져버리는 것이 초신성폭발, 이 초신성 폭발로 핵을 제외한 다른 외부층들은 외부로 폭발하며 날아고 남은 핵의 밀도가 임계점을 넘는 정도로 고밀도 상태가 되면 주변 모든것을 자신에게로 빨아들이는 블랙홀이 형성되는것입니다.

 

결론

밤하늘에 반짝이는 별들의 마지막에 탄생되는 블랙홀은 어쩌면 항성들의 장례식이면서도 그 블랙홀 이전에 발생하는 초신성폭발은 우주 곳곳으로 항성이 지녔던 원소들을 뿌려주며 또다른 우주 어딘가의 시작을 알리기도 합니다.

이처럼 우주의 신비로움 속에는 끝속에 시작이 있고 시작은 끝을 향해 달려갑니다. 

인류는 블랙홀을 보며 우주의 많은것들을 이해하고 아직 못 밝혀낸 블랙홀의 비밀들을 향해 전진해야할것입니다.