‘블랙홀과 나머지 우주 전체’

사실 블랙홀은 우주에서 가장 강력하고, 무서운 존재로 여겨진다. 폭발적인 에너지를 모아놔 별 전체를 원자 크기로 찢어 버릴 만큼 강력하다. 사실 이건 애교에 불과하고 우주를 삼킬 수 있을 만큼 세다!

사실상 우주의 리얼 ‘센 캐(센 캐릭터)’. 알면 알수록 무서운 능력치를 가지고 있달까. 여태껏 우리가 알고 있던 블랙홀의 실체는 티저일지도 모른다.


블랙홀, 어떻게 생기는 거라고?

쉽게 말하면 블랙홀은 어마어마한 양의 물질이 아주 작은 공간에 집중돼 있을 때 생긴다. 중심에서는 중력이 거의 무한대로 강력해 근처에 다가가는 어떠한 물체도 작은 입자로 쪼개버린다. 빛도 블랙홀을 탈출할 수 없어 우리는 블랙홀을 검은 원으로 인지한다.

일부분은 그렇다. 블랙홀에는 안과 밖의 경계 지대인 ‘사건의 지평선(horizon of event)’이 있다. 사건의 지평선으로 발을 들이기 전까지는 블랙홀은 강력하지 않다. 하지만 안으로 발을 뻗는 순간, 그대로 빨려 들어간다.
​
독일 과학 전문 유튜브 채널 Kurzgesagt는 이 경계가 ‘블랙홀과 나머지 우주 전체’를 완벽하게 분리한다고 표현했다. 그리고 영원히 지구로 돌아가고 싶지 않다면, 블랙홀 안으로 들어가라고 덧붙였다.
​
블랙홀 내부에서 어떠한 일이 발생하는지는 알 수가 없다. 그래서 영화나 드라마 속에서는 이 블랙홀이 좀 특별하게 표현되기도 한다. 대표적으로 영화 인터스텔라에서는 시간 여행을 하기 위한 수단으로 이용됐다.

블랙홀을 통한 시간 여행은 불가능한 건가?
꼭 그렇다고는 할 수 없다. 정확히 말하자면 아직은 알 수 없다.


이론적으로 블랙홀은 시공간을 휘게 만들어 이전의 사건으로 돌아갈 수 있는 통로를 만든다. 이때 사건의 지평선을 넘지 않고 블랙홀 주위를 돈다면 블랙홀의 강력한 중력 때문에 지구에 있는 것과 다른 시간의 흐름을 경험할 수 있다.
​

블랙홀을 선회한 우주선이 지구에 귀환한다면? 지구는 엄청나게 많은 시간이 흘러있다는 것. 앞서 말했듯 이건 이론에 불과하다. 과거로의 시간 여행은 이론적으로도 설명되지 않고 있다.
​
하지만 스티븐 호킹이 유명한 말을 남긴 적이 있다. “만일 미래의 누군가가 시간 여행을 했다면, 나같이 유명한 사람을 만나러 과거로 틀림없이 여행할 텐데, 나는 아직까지 미래에서 온 사람을 만난 적이 없다” 사실상 시간 여행은 불가능한 게 아닐까(...)

스티븐 호킹

일단, 우리가 블랙홀에 들어간다고 가정해보자. 다른 사람이 보기에는 블랙홀에 들어가는 우리가 이렇게 보인다. 블랙홀에 들어갈수록 점점 느리게 보이고, 잠깐 시간이 멈췄다 점점 붉어지다 사라진다.


그럼 들어가서는? 블랙홀에 들어가면 두 가지는 확실하다. 하나, 죽는다. 블랙홀은 공간을 구부러트린다. 사건의 지평선을 넘으면 딱 한 곳으로만 갈 수 있다. 블랙홀은 모든 무게가 한 점에 집중돼 있다. 발끝에서 머리끝까지 중력이 수백만 배 차이가 나는 것.
​
그렇기 때문에 우리 몸은 몸이 이리저리 늘어나고, 뼈와 살이 분리된다. 조각으로 흩어지게 될 텐데 세포까지 찢어진다(...) 원자보다 훨씬 작은 입자로 압축될 가능성이 높다.
​
두 번째는 죽긴 죽는데 아주 빨라 아픔을 느낄 겨를도 없다. 블랙홀 내부 온도는 우리가 생각하는 온도와는 좀 다르다. 아주 차갑거나 아주 뜨겁다. 아마 들어가자마자 순식간에 뜨거워서 불에 타 죽거나 차가워서 얼어 죽는다.

아주 작은 블랙홀이라면 사건의 지평선에 다가가기도 전에 빨려 들어가겠지만, 크기가 큰 블랙홀이라면 지평선 근처를 관찰할 수도 있다.
​
지난해엔 블랙홀의 경계선이 처음으로 공개된 바 있다. 그동안 블랙홀이 지구와 거리가 너무 멀고, 어두워서 직접 관측된 사례가 없지만 이번엔 크기가 커서 관측이 가능했고, 2년간의 분석 끝에 블랙홀의 실체를 파악할 수 있었다.
​
관측된 블랙홀의 사이즈는 태양계 전체보다 컸고, 블랙홀 안으로 빨려 들어가는 물질이 많아 은하계 수십억 개의 별빛을 합친 것보다 밝았다.


블랙홀의 크기는 다양하다. 기본입자 수준으로 작은 마이크로 블랙홀부터 시작해 태양의 660억 배에 달하는 극대질량 블랙홀도 발견됐다.
​
최근에 발견된 블랙홀은 태양보다 80배 큰 블랙홀이었다. 지금껏 생긴 블랙홀 모양과는 다르게 돼지코와 흡사했다. 이를 발견한 호주 국립대학 연구진은 “두 개의 블랙홀이 만나 초거대 블랙홀을 만들어냈다”라고 설명했다.
​
블랙홀은 서로 충돌 시 중력 파장이 발생하는데, 연구진은 강력한 파장 때문에 이 블랙홀을 관측할 수 있었다. 해당 블랙홀은 블랙홀 충돌 중 가장 강력하고 빠른 회전 속도로 충돌해 형성된 것으로 확인됐다.


블랙홀은 중력이 아주 강해 모든 것을 다 빨아들일 수 있다고 한다. 그렇다면 지구는 왜 그대로 두고 있을까? 온 우주를 다 흡입할 수 있을 만큼 흡입력이 강하다던데 말이다.
​
블랙홀이 만약 다른 행성이나 위성처럼 움직였다면 진공청소기처럼 가는 곳마다 행성과 별을 잡아먹었을 지도 모른다. 하지만 한국천문연구원에 따르면, 블랙홀도 태양처럼 자신의 위치를 지키고 있기 때문에 자신의 중력권 안으로 진입하지 않는다면 아무것도 흡입하지 않는단다.

이제는 고인이 된 스티븐 호킹 박사의 중요한 이론 중에 하나는 빅뱅 직후 생성된 원시 블랙홀 (Primordial black holes)에 관한 것이었습니다. 초거성 폭발이나 은하 중심에서 생성된 블랙홀이 아니라 빅뱅 직후 작은 질량의 물질이 압축되어 생긴 원시 블랙홀은 지구보다 작은 것은 물론 이론적으로 1억분의 1kg 만큼 질량이 작아질 수 있습니다. 다만 이론적인 존재일 뿐 아직 누구도 발견한 적이 없습니다. 


 그런데 태양계에도 이론적으로 존재가 예측되었지만, 실제로 관측에 성공한 적이 없는 천체가 있습니다. 바로 태양계의 9번재 행성입니다. 해왕성 궤도 너머에 아직 우리가 관측하지 못한 미지의 행성이 주장은 이전부터 나왔지만, 오랜 세월 관측을 못했고 나사의 WISE 데이터와 다른 여러 관측 데이터에서도 증거가 발견되지 않으면서 최근에는 관심이 시들해졌습니다. 하지만 태양계 외곽 천체들의 이상한 궤도를 고려할 때 가능성이 있다는 주장이 나오면서 다시 과학계에서 논쟁을 불러일으키고 있습니다.