블랙홀과 애딩턴 한계: 우주의 경계를 넘어서

오늘은 오랜만에 과학, 우리의 상상을 자극하는 우주에 관해 한자 적어보려 합니다.

최근 뉴스에 빅뱅 후 15억년이 지난 초기 우주에서 이론적 한계 속도보다 40배 이상 빠르게 주변의 물질을 빨아들이는 초대질량 블랙홀(SMBH)이 처음으로 발견했다는 뉴스가 나왔지요. 연구팀에 따르면 연구팀에 따르면 LID-568은 초대질량 블랙홀 중에서는 크기가 작다. 하지만 물질을 빨아들이는 속도는 이론적 한계인 '에딩턴 한계(Eddington limit)'의 40배 이상인 것으로 추정된다고 하네요. 에딩턴 한계는 블랙홀이 달성할 수 있는 최대 광도, 물질 흡수 속도 등을 설명하는 이론입니다. 

오늘은 과학 상상력을 자극할 수 있는 글로 한자 적어볼까 합니다.

LID-568 블랙홀이 주변 물질을 흡수하는 가상 합성 이미지 NOIRLab, NSF, AURA, J. da Silva,M. Zamani

가볍게 읽어주세요.

 

우주는 우리가 상상할 수 있는 것보다 훨씬 더 신비롭고 복잡한 존재입니다. 그 중에서도 '블랙홀'은 우주에서 가장 신비로운 현상 중 하나로, 그 자체가 물리학의 한계를 시험하는 존재입니다. 그리고 블랙홀을 이해하는 데 중요한 역할을 하는 개념 중 하나가 바로 애딩턴 한계입니다. 오늘은 블랙홀과 애딩턴 한계를 연결 지어 이들이 어떻게 우주론과 천체 물리학에서 중요한 역할을 하는지 알아볼까요 .

블랙홀이란?

블랙홀은 매우 강한 중력을 가진 천체로, 그 중력은 빛조차 탈출할 수 없을 정도로 강합니다. 이는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 예측한 현상으로, 일반적으로 별이 자신의 연료를 모두 소모한 후 중력에 의해 붕괴할 때 형성됩니다. 이때 별의 중심부가 점점 수축하며 질량이 집중되면서 중력이 무한대로 강해지는데, 그 결과 '이벤트 호라이즌'(Event Horizon)이라는 경계가 형성됩니다. 이 경계 안으로 들어가면 빛조차 빠져나올 수 없기 때문에 우리는 이를 '블랙홀'이라고 부릅니다.

블랙홀의 중심에는 '특이점'이 존재하는데, 이곳에서는 물리학적으로 모든 법칙이 깨지고, 우리가 아는 방식으로는 시간과 공간이 정의될 수 없습니다. 즉, 블랙홀은 우주의 물리적 경계를 넘어서는, 우리가 아직 완전히 이해하지 못한 미지의 영역입니다.

애딩턴 한계란 무엇인가?

애딩턴 한계(Eddington Limit)는 천체가 방출할 수 있는 최대 에너지의 양을 의미합니다. 이 한계는 영국의 천문학자 아서 애딩턴(Arthur Eddington)에 의해 제시되었습니다. 그는 1920년대에 별의 광도와 중력이 균형을 이루는 지점을 연구하던 중, 별이 방출할 수 있는 에너지의 양에 한계가 있다는 사실을 발견했습니다.

애딩턴 한계는 기본적으로 두 가지 힘의 균형에서 도출됩니다. 첫째는 별의 핵반응에서 발생하는 압력, 즉 에너지 방출로 발생하는 외향적 압력이고, 둘째는 별의 중력으로 인한 수축 압력입니다. 별은 핵융합을 통해 내부에서 막대한 에너지를 방출하지만, 이 에너지가 너무 강하면 별의 외부로 방출된 에너지가 중력에 의해 끌어당겨지지 않도록 균형을 이뤄야 합니다. 만약 방출되는 에너지가 너무 많으면, 별은 외부로 에너지를 방출하면서도 중력에 의해 더 이상 압축되지 않게 됩니다.

블랙홀과 애딩턴 한계의 관계

블랙홀과 애딩턴 한계는 서로 매우 밀접하게 연관되어 있습니다. 블랙홀은 사실 애딩턴 한계를 넘어서는 현상과 관련이 깊습니다. 애딩턴 한계를 이해하려면, 빛과 같은 에너지가 블랙홀에 의해 어떻게 영향을 받는지 알아야 합니다.

블랙홀의 형성 과정에서 애딩턴 한계가 중요한 이유는, 고온과 고밀도 상태에서 별이 핵융합을 통해 생성한 에너지가 중력에 의해 블랙홀을 형성하기 전에 방출되는 에너지가 그 한계를 초과하는 경우, 블랙홀 형성이 일어날 가능성이 있다는 점입니다. 즉, 만약 별이 애딩턴 한계를 넘어서 더 많은 에너지를 방출한다면, 그 결과 별은 일정 시점에서 더 이상 에너지를 방출할 수 없고, 결국 중력 붕괴를 겪으며 블랙홀로 진화하게 됩니다.

이 과정을 좀 더 간단히 말하자면, 애딩턴 한계는 별이 일정 수준 이상의 에너지를 방출할 수 없다는 기준을 제공하며, 이 한계를 넘는 순간 중력 붕괴가 발생해 블랙홀이 생성될 수 있습니다.

블랙홀 주변의 현상:  애딩턴 한계를 넘어서

블랙홀 주변에서는 매우 극단적인 물리적 현상들이 벌어집니다. 예를 들어, 블랙홀에 가까운 별이나 가스는 매우 빠른 속도로 회전하며, 때로는 빛보다 빠르게 움직이는 입자들의 '제트'를 방출하기도 합니다. 이 제트는 블랙홀의 강력한 중력에 의해 발생하는데, 이때 발생하는 에너지는 애딩턴 한계를 넘어서는 경우도 많습니다.

실제로, 일부 슈퍼매시브 블랙홀(SMBH)은 그 주위에서 방출되는 에너지량이 애딩턴 한계를 훨씬 초과할 정도로 강력합니다. 이를 '초광속 제트'라고 부르며, 이 제트는 블랙홀의 중심에서 물질이 빨려 들어가면서 발생하는 매우 강력한 에너지 방출의 결과입니다. 이런 현상들은 천체 물리학자들에게 블랙홀의 물리적 성질을 이해하는 데 중요한 정보를 제공합니다.

 

블랙홀과 애딩턴 한계는 우주의 신비로운 현상들을 이해하는 중요한 열쇠입니다. 블랙홀은 우리가 알고 있는 물리학의 한계를 시험하는 존재로, 그 안에서 일어나는 현상들은 우주의 근본적인 이해를 돕는 중요한 실마리로 작용합니다. 애딩턴 한계는 별과 블랙홀 사이의 중요한 경계선으로, 별이 어떻게 블랙홀로 진화하는지에 대한 중요한 정보를 제공합니다.

블랙홀이란 미지의 영역이 얼마전 중력파 관측으로 실존적으로 증명되면서 물리학적 현실로 증명되었지요.

우리가 블랙홀에 대해 더 많이 알수록, 우주에 대한 이해도 깊어질 것입니다. 애딩턴 한계와 블랙홀의 관계를 이해하는 것은 단순히 천체 물리학적 현상에 대한 이해를 넘어서, 우리가 알고 있는 우주의 근본적인 구조와 법칙에 대한 깊은 통찰을 제공할 수 있답니다

딱딱한 우주 천체 물리이지만 저녁의 가벼운 읽을거리가 되기를 바라며 편안한 저녁시간 되세요