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블랙홀이란?
블랙홀은 매우 강한 중력 때문에 빛을 포함해 어떤 물질도 빠져나갈 수 없는 시공간상의 특이점을 말합니다. 질량이 매우 큰 별들이 그 수명을 다하여 계속 수축할 경우 아주 작은 공간 안에 매우 큰 질량이 들어가게 되고 그것이 블랙홀이 되는 것입니다. 빛조차도 바깥으로 빠져나오지 못하기 때문에 외부에서 보기에 암흑처럼 보이기 때문에 블랙홀이라고 부르는 것입니다
블랙홀의 형성
블랙홀은 수명이 다한 거대한 별의 잔해에서 탄생합니다. 거대한 별이 핵연료를 모두 소진하면 안쪽으로 밀어내는 중력에 대응하는 데 필요한 외부 압력을 더 이상 생성할 수 없습니다. 이 압력이 없으면 별의 핵은 자체 무게로 붕괴되어 초신성으로 알려진 격렬한 폭발을 일으킵니다. 이제 훨씬 더 작은 부피로 압축된 별의 핵은 충분히 질량이 크면(일반적으로 태양 질량의 3배 이상) 계속해서 붕괴됩니다. 이러한 붕괴로 인해 특이점, 즉 사건의 지평선으로 둘러싸인 무한한 밀도의 지점이 형성되고 그 너머로는 빛조차 탈출할 수 없습니다. 따라서 블랙홀이 탄생합니다.
블랙홀의 구조
블랙홀의 구조는 특이점, 사건의 지평선, 강착원반으로 정의됩니다. 모든 블랙홀의 중심에는 우리가 알고 있는 물리학 법칙이 무너지고 밀도가 무한해지는 특이점이 있습니다. 특이점을 둘러싸고 있는 것은 강렬한 중력으로 인해 탈출이 불가능한 경계인 사건의 지평선입니다. 사건의 지평선은 물질과 빛이 들어갈 수만 있고 나올 수는 없는 경계선입니다. 강착원반은 뜨거운 가스와 먼지로 블랙홀 주위를 나선형으로 안쪽으로 빠르게 회전하며 원반모양으로 나타나는 것입니다. 이 회전운동을 통해 나타나는 에너지와 열을 통해 블랙홀의 존재를 알 수 있는 것입니다. 하지만 이 강착원반이 모든 블랙홀에 나타나는 것이 아니기에 우리가 관측하지 못하는 블랙홀은 훨씬 더 많을 것입니다. 강착 원반의 물질이 사건의 지평선 쪽으로 떨어지면 가열되어 전자기 스펙트럼에 걸쳐 방사선을 방출하여 블랙홀의 특성과 운동에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.
블랙홀의 소멸
블랙홀은 영원해 보일 수 있지만 시간의 흐름에 영향을 받지 않습니다. 시간이 지남에 따라 블랙홀은 물리학자 스티븐 호킹의 이름을 딴 호킹 복사라는 과정을 통해 질량을 잃을 수 있습니다. 이 방사선은 입자 쌍이 생성되는 사건의 지평선 근처에서 생성되며, 한 입자는 블랙홀로 떨어지고 다른 입자는 우주로 탈출합니다. 블랙홀은 호킹 복사를 통해 질량을 잃으면서 중력이 약화되어 결국 소멸됩니다. 블랙홀의 정확한 운명은 완전한 증발에서부터 스파게티화(사건의 지평선 근처의 강렬한 조석력이 물체를 길고 얇은 모양으로 늘리는 과정)에 이르기까지 다양한 가능성을 가지고 여전히 과학자들 사이에서 논쟁의 대상입니다.
결론
블랙홀은 매혹적인 우주 현상일 뿐만 아니라 우주를 지배하는 물리학의 기본 법칙을 엿볼 수 있는 창이기도 합니다. 블랙홀의 형성부터 거대한 별의 붕괴, 복잡한 구조와 잠재적 종말에 이르기까지, 블랙홀은 블랙홀을 바라보는 모든 사람에게 경외심과 경이로움을 불러일으킵니다.