블랙홀 타임랩스 동영상을 촬영할 때 과학자들은 어떤 어려움을 겪었나요?

블랙홀은 현대 일반 상대성 이론에서 우주에 존재하는 천체를 말한다. 블랙홀의 중력은 매우 강력하여 사건의 지평선 내 탈출 속도가 빛의 속도보다 빨라집니다. 따라서 블랙홀은 시공간의 곡률이 너무 커서 빛조차도 사건의 지평선에서 벗어날 수 없는 물체입니다.

블랙홀은 우주의 물리적 현상으로, 빛과 모든 형태의 에너지 파동을 포함하여 물질이 블랙홀에 가까이 있는 한 탈출할 수 없습니다. 블랙홀의 엄청난 중력 때문에 빛조차도 블랙홀의 중력을 벗어날 수 없습니다.

블랙홀은 직접적으로 관찰할 수는 없지만 간접적으로 그 존재와 질량을 알 수 있고, 다른 사물에 미치는 영향도 관찰할 수 있다. 블랙홀의 존재에 대한 정보는 물체가 빨려 들어가기 전 블랙홀의 중력에 의한 가속도에 의한 마찰로 인해 엑스선과 α선의 경계 정보를 방출함으로써 얻을 수 있다. 블랙홀의 존재는 별이나 성간구름의 궤도를 간접적으로 관찰함으로써도 추론할 수 있고, 위치와 질량도 알 수 있다.

베이징 시간으로 2019년 4월 10일 21시, 블랙홀의 인간 사진이 최초로 공개됐다. 블랙홀은 처녀자리에 있는 거대 타원은하인 M87의 중심에 위치해 있다. , 지구로부터 5,500만 광년 떨어져 있으며, 질량은 태양의 약 65억 배에 달합니다. 초승달 모양의 후광으로 둘러싸인 중심에는 그림자가 있습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 극한 상황에서도 성립하는 것으로 입증되었습니다.

그러나 블랙홀의 첫 번째 이미지를 만드는 것은 까다로웠습니다. 블랙홀은 하늘의 작은 부분을 차지하고 있으며 지구에서 보면 매우 희미하게 보입니다. M87 블랙홀을 이미지화하는 프로젝트에는 단일 관측소보다 더 선명한 시야를 제공하는 가상 지구 크기의 라디오 안테나처럼 전 세계의 관측소가 협력해야 합니다.

우칭웬(Wu Qingwen)은 화중과기대학교 물리학과 교수이다. 2016년에는 이벤트 인터페이스 망원경(Event Interface Telescope) 프로젝트에 합류해 전 세계 200명이 넘는 과학자들과 함께 블랙홀 사진을 찍을 계획을 세웠다. 이론적 분석부터 실제 관찰, 데이터 처리까지 수십 개의 팀으로 나뉘어 3년여에 걸쳐 블랙홀의 모습을 세상에 보여주었고, 마침내 블랙홀의 존재를 확인했다.

블랙홀 사진 참여자 우칭웬(Wu Qingwen)은 블랙홀의 시공간이 휘어져 있고 완전히 왜곡되어 있기 때문에 우리가 보는 블랙홀도 그렇게 보이지만 똑같지는 않다고 말한 적이 있다. 실제로 보이는 것처럼, 그 광자는 곡선의 시공간에서 이동합니다. 우리는 곡선의 시공간에서 몇 가지를 계산해야 하는데, 이는 약간 어렵습니다. 물론, 대기 중의 구름이 끊임없이 흔들리기 때문에 기술적인 난이도가 매우 높기 때문에 망원경의 해상도가 아무리 높아도 구름에 의해 왜곡되어 선명하게 보기 어렵습니다. 나중에 기술이 개발되었습니다. 레이저 빔을 위로 쏘면 구름이 어떻게 움직이는지 빠르게 계산한 다음 백엔드 망원경이 따라가도록 하여 교정할 수 있습니다. 이런 방식으로 구름의 흔들림이 제거되고, 제거 후에는 블랙홀 근처 별의 위치를 ​​매우 정확하게 결정할 수 있습니다.

블랙홀을 촬영하는 것이 얼마나 어려운 일인지를 보여 주는 참가자 여러분의 노고와 헌신에 감사드립니다.