블랙홀에 관한 10가지 놀라운 새로운 발견

우주 공간에는 중성자별, 성운, 은하단 등 온갖 종류의 이상하고 경이로운 물체가 있습니다. 그 중 가장 매력적인 것은 블랙홀이다. 1916년 독일 천문학자 카를 슈바르츠실트(Karl Schwarzschild)가 처음으로 흑색의 존재를 예측한 이후 연구자들은 이 찾기 힘든 거성에 대한 풍부한 지식을 축적해 왔습니다.

천문학이 발전함에 따라 과학자들은 흑색의 본질에 대해 더 많이 배우기 시작합니다. 구멍. 자기 소용돌이, 전파 제트, 웜홀 이론, 기록적인 폭발. 지난 몇 년 동안 별 관찰자들은 이 모든 것을 보고 다른 사람들이 묻는 몇 가지 질문에 답하기 시작했습니다.

블랙홀은 우주의 거인으로, 자신의 앞길에 닿는 모든 것을 삼켜버립니다. 그들의 중력은 너무 강해서 빛조차도 그들의 중력에서 벗어날 수 없습니다. 따라서 블랙홀 뒤에서 빛을 감지하는 것은 불가능하다고 생각할 것입니다. 물론 배출가스도 모두 흡수되겠죠?

알버트 아인슈타인은 이에 동의하지 않았습니다. 1915년에 독일 과학자는 블랙홀과 같은 무거운 물체가 시간과 공간의 구조를 왜곡하여 빛이 그 주위를 이동할 수 있도록 해야 한다고 제안했습니다. 이것은 현대 물리학에 혁명을 일으킨 그의 일반 상대성 이론의 핵심 부분이었습니다. 과학자들은 중력 렌즈로 알려진 이 효과를 이전에 발견했지만 최근까지 블랙홀 뒤에서 나오는 빛을 감지할 수 있는 사람은 아무도 없었습니다.

그러다가 2021년 7월 스탠포드 대학의 천문학자들이 이를 해독했습니다. 연구팀은 머나먼 은하계 중심에 있는 초대질량 블랙홀을 연구하던 중, 손가락으로 꼽을 수 없는 이상한 X선 방출을 발견했습니다. 그들은 블랙홀 앞에서 오는 신호를 감지하는 데 사용되었지만 이 새로운 신호는 달랐습니다. 이러한 섬광은 주 폭발 후에 나타나는 에코처럼 덜 밝게 나중에 나타납니다. 광범위한 분석 끝에 연구자들은 이러한 신비한 탐지가 실제로 즈비키 블랙홀 가장자리를 공전하는 빛의 펄스임을 확인했으며, 이는 아인슈타인의 획기적인 상대성 이론을 다시 한번 확인시켜 주었습니다.

2019년 천문학자들은 블랙홀의 외부 영역에 대한 최초의 이미지를 공개하며 역사를 만들었습니다. 블랙홀 자체는 사진으로 담는 것이 불가능하다. 이 획기적인 이미지는 5,500만 광년 떨어져 있는 초대질량 블랙홀인 M87*의 그림자를 포착합니다. 과학자들은 월드 호라이즌 망원경(World Horizon Telescope)으로 알려진 글로벌 감지기 네트워크의 데이터를 사용하여 이미지를 편집했습니다.

2년 후, 또 다른 전례 없는 과학적 업적으로 팀은 천상의 짐승의 신비한 행동에 대한 훨씬 더 중요한 통찰력을 제공하는 새로운 사진을 공개했습니다. 마침내 2021년 3월에 연구원들은 M87*의 또 다른 이미지를 공개했는데, 이번에는 자기장 선이 그림자 주위로 소용돌이치는 모습을 보여줍니다.

M87*과 같은 블랙홀은 뜨거운 물질 우주로 둘러싸여 있습니다. 과학자들은 이 영역에서 나오는 빛과 진동의 방향을 분석했습니다. 블랙홀은 거대한 물질 제트를 방출하는 것으로 알려져 있지만 그 이유는 아무도 모릅니다. 과학자들은 자기 소용돌이가 이 이상한 현상을 설명하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.

2016년 NASA의 찬드라 X선 관측소는 우주 깊은 곳에서 특이한 판독값을 얻기 시작했습니다. 3억 9천만 광년 떨어진 뱀주인자리 은하단에는 이상한 곡선이 있는 것으로 보입니다. 처음에 과학자들은 관련된 에너지가 사실이 되기에는 너무 커서 블랙홀에 의해 발생한다는 생각을 일축했습니다.

하지만 데이터가 더 많이 들어오면서 증거가 쌓이기 시작했다. 결국 NASA는 자신들의 표현에 따르면 "우주에서 가장 큰 폭발"을 발견했다는 사실을 깨달았습니다.

은하군은 우주에서 알려진 가장 큰 구조 중 일부입니다. 그들은 수천 개의 은하, 암흑 물질, 뜨거운 가스로 구성되어 있습니다. 뱀주인자리 은하단의 중심에는 내부에 초대질량 블랙홀을 지닌 거대한 은하가 있습니다. 과학자들은 대규모 폭발이 거대한 우주 폭식으로 인해 발생했을 수 있다고 추정합니다. 이번 폭발은 이전 기록 보유자인 MS 0735+74 은하단에서 발생한 대규모 폭발보다 5배 더 많은 에너지를 방출했다고 한다.

이번 연구의 주요 저자인 시모나 지아신투치(Simona Giacintucci)는 이 폭발을 "세인트 헬렌스 산의 핵심 구성 요소를 제거한 1980년 폭발"과 비교했습니다. 차이점은 15개의 은하수 은하를 일렬로 배치할 수 있다는 것입니다. 분화구 - 폭발로 인해 은하단의 뜨거운 가스가 폭발했습니다."

천문학자들은 최근 몇 년 동안 은하계를 가로지르는 변형 물체에서 몇 가지 이상한 점을 발견했습니다. UCLA 연구자들은 은하수 중심의 블랙홀 내부를 맴돌고 있는 것을 발견했습니다. 블랙홀에서 가장 멀리 있는 것이 가장 조밀한 것으로 보입니다. 그러나 사건의 지평선에 접근하면서 그들은 늘어나기 시작합니다.

이 이상한 가스 덩어리를 G 물체라고 부릅니다. 과학자들은 블랙홀의 거대한 중력에 의해 두 개의 별이 합쳐지면서 형성되었다고 믿고 있습니다.

과학자들은 은하수에서 6개의 돌연변이 G 물체를 발견했지만, 우주의 다른 곳에서는 더 많은 돌연변이가 있을 수 있습니다. 노벨상 수상자 안드레아 게즈(Andrea Ghez)는 2005년에 최초의 G 물체를 발견했습니다. 그러나 7년 후, 독일의 연구자들은 두 번째 것을 발견했습니다.

웜홀은 우주를 통과하는 우주 터널로 여행자를 이 우주의 어느 곳으로나 이동시킬 수 있으며 잠재적으로는 다른 곳으로도 이동할 수 있습니다. 100여 년 전에 알베르트 아인슈타인은 웜홀이 존재할 수 있다고 설명했지만 그것이 실제로 존재하는지 여부는 아무도 확실히 알지 못했습니다.

수년 동안 천문학자들은 웜홀의 존재를 확인하거나 부인할 증거를 찾기 위해 하늘을 검색해 왔습니다. 그러나 2020년 11월, 연구자들은 자신도 모르게 우연히 발견했을 수도 있다는 논문을 발표했습니다. 미하일 피오트로비치(Mikhail Piotrovich)는 일부 블랙홀이 실제로 웜홀의 입구일 수 있다는 아이디어를 발전시켰습니다.

블랙홀과 웜홀은 생각보다 공통점이 많습니다. 그것들은 모두 매우 밀도가 높으며 모두 큰 매력을 가지고 있습니다. 가장 큰 차이점은 블랙홀에 들어간 후에는 아무것도 블랙홀을 떠날 수 없는 반면, 웜홀에 들어간 모든 물체는 이론적으로 돌아올 수 있다는 것입니다. Piotrovich와 그의 팀은 감마선 방출 연구가 그들의 매혹적인 이론을 확인하는 데 도움이 되기를 희망합니다.

우리 모두 알고 있듯이 블랙홀은 어두운 공간에 숨어서 서로 충돌하고 합쳐집니다. 그러나 최근까지 과학자들은 이 과정이 눈에 보이지 않으며 어둠의 장막 아래서 전개된다고 생각했습니다.

하지만 이제 연구자들은 블랙홀이 충돌하면 태양보다 1조 배 더 밝은 눈부신 빛의 파도가 방출될 것이라고 믿고 있습니다. 중력파 관측소 LIGO는 2019년 초에 눈부신 플레어를 감지했는데, 과학자들은 세 번째 블랙홀이 있을 때 두 개의 블랙홀이 합쳐져서 발생한 것으로 믿고 있습니다. 주변의 가스와 먼지는 투광등이 충돌하는 것처럼 작용하여 재앙적인 사건을 조명합니다.

이번 연구의 주저자인 매튜 그레이엄(Matthew Graham)은 "이 초대질량 블랙홀은 갑작스러운 플레어가 발생하기 전까지 수년 동안 지속되어 왔습니다"라고 설명했습니다. "우리는 플레어가 폭발의 결과일 가능성이 높다고 결론지었습니다. 블랙홀 합병."

호라이즌 망원경(EHT)은 전 세계에 위치한 8개의 전파 관측소로 구성된 놀라운 엔지니어링 업적입니다. 그들의 데이터를 조합하면 지구 크기만큼 거대하고 고정밀 망원경이 만들어졌습니다.

2021년 7월, EHT 프로젝트는 블랙홀이 전파를 방출하는 이미지를 시리즈로 공개했습니다. 센타우리 A 은하 중심에 있는 블랙홀은 우리 은하의 에너지를 훨씬 능가하는 엄청난 양의 에너지를 방출하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 과학자들이 블랙홀이 물질을 하늘로 분출할 정도로 선명하게 포착한 것은 이번이 처음이다. EHT를 통해 과학자들은 이전보다 10배 더 높은 정확도와 16배 더 높은 해상도로 이러한 거대한 제트의 이미지를 얻을 수 있습니다.

블랙홀과 중성자별은 우주에서 가장 밀도가 높고 가장 기괴한 물체 중 하나입니다. 그들이 서로 부딪쳤을 때 모든 지옥이 풀렸습니다. 이 두 거대 괴수는 너무나 강력하게 서로 충돌하여 시간과 공간을 가로지르는 큰 파도를 만들어냈습니다.

지난 몇 년 동안 과학자들은 두 개의 블랙홀이 충돌하고 두 개의 중성자별이 충돌하는 것을 목격했습니다. 그러나 최근까지 중성자별에 충돌하는 블랙홀을 포착하는 것은 더 어려운 도전이었습니다.

오랜 시간을 기다린 끝에 버스와 자동차처럼 두 대의 자동차가 동시에 나타났다. 2020년 1월, 천문학자들은 10일 이내에 두 개의 블랙홀-중성자별이 합쳐진다는 신호를 받았습니다. 과학자들은 이 두 사건이 약 10억년 전에 일어났다고 믿고 있습니다.

우주는 너무 광대하기 때문에 작년까지는 우주의 메아리가 지구에 도달하지 못했습니다. 두 경우 모두 블랙홀의 질량이 너무 커서 중성자별을 삼켜버렸습니다.

2020년대 과학자들은 이론상 불가능했던 블랙홀 충돌을 감지한 뒤 이런 생각을 하게 됐다. 골프를 치는 사람 중 적어도 한 명은 태양보다 85배나 더 거대했고, 과학자들은 태양이 그러한 충돌이 일어나기에는 너무 크다고 생각하곤 했습니다.

두 사람이 충돌하고 합쳐진 후 태양보다 거의 150배나 무거운 블랙홀을 생성했습니다. 이는 이전에 발견된 블랙홀보다 더 무겁습니다. 이 머나먼 합병은 우주 나이가 현재 나이의 절반이었을 때 발생한 것으로 생각됩니다. 이론천체물리학자 일리야 만델(Ilya Mandel)은 이번 발견을 "놀라운 놀라움"이라고 묘사했다.

영국의 물리학자 로저 펜로즈 경은 천문학의 핵심 인물이었습니다. 1969년에 그는 미래 문명이 블랙홀을 사용하여 에너지를 생성할 수 있다는 아이디어를 제안했습니다. 이론적으로 블랙홀 내부가 아닌 블랙홀 근처에 위치한 물체는 부정적인 에너지를 획득해야 합니다. 펜로즈는 물체가 반으로 나뉘어 절반은 블랙홀로 빨려 들어가고 나머지 절반은 빨려 들어가야 한다고 제안했습니다. 후퇴하는 쪽은 이제 블랙홀로부터 에너지를 얻어야 합니다. 이 에너지를 활용하면 지구 전체에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다.

현재로서는 이러한 위업은 현재 기술의 범위를 훨씬 뛰어넘는 것입니다. 하지만 펜로즈가 맞나요? 1971년 물리학자 야코프 젤도비치(Yakov Zeldovich)는 펜로즈의 먼 이론을 테스트하기 위해 지구에서 수행할 수 있는 실험을 설계했습니다. 불행하게도 야코프 젤도비치의 실험 역시 기술적 한계로 인해 불가능했다.

펜로즈가 처음 아이디어를 제안한 지 반세기가 지난 2020년 6월로 빨리 감아 글래스고 대학의 연구자들은 마침내 그의 이론을 증명할 수 있었습니다. 연구팀은 블랙홀의 회전 효과를 재현하기 위해 스피커를 제작했습니다. 그런 다음 그들은 펜로즈의 원래 이론에 있는 물체와 매우 유사하게 사운드 빔이 뒤틀리고 왜곡되는 것을 들었습니다.