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블랙-홀의 확실한 직접적 증거는 아직 발견되지 않았습니다. 여전히 이론과 간접적 증거로 존재합니다.
블랙-홀의 이론은 무한히 작은 부피에 엄청남 무게가 몰려 있다는 겁니다. 이를 어떻게 관측할까요.
먼저 블랙-홀의 후보가 될 대상을 찾아서 크기를 어림해 보는 겁니다.
가장 강력한 블랙-홀 후보로 시그너스 X-1이 있습니다. 강한 X 선을 방출하는 천체인데요. 방출 주기가 1/100초 랍니다. 아마도 블랙-홀로 빨려 들어가는 뜨거운 가스들이 회전하며 X선을 방출하는 것으로 생각되네요. 제아무리 속도가 빨라도 빛의 속도를 넘지 못하니 최대 속도를 광속이라 하죠. X선 관측에 따라 한번 자전하는데 0.01초가 걸린다고 하면 최대 크기를 계산할 수 있겠죠.
가스가 원반을 돌텐데 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동한 거리는 속도 곱하기 시간 입니다. 이렇게 계산한 거리는 직선운동의 경우라 원반에 맞지 않겠지만 어짜피 미지의 대상을 계산 하는 것이니 규모를 추정해보는 겁니다. 대략 계산해보니 블랙-홀 주위 원반의 최대 지름은 3000Km 쯤 되겠습니다.
시그너스 X-1를 관측하여 얻은 증거 몇가지:
- 가시광 망원경으로 관측되는 거대한 별 곁에 안보이는 천체가 강력한 X 선을 주기적으로 방출하는 있다.
- 도플러 사진 측정으로 이 거대한 별은 3일간은 우리에게 가까워 졌다 3일간은 멀어지는 것으로 관측되었다. 주기가 6일로 뭔가의 주위를 공전하는 것으로 해석 된다.
중심에 있는 이것이 블랙-홀 이려면 엄청난 무게를 가져야 합니다. 저멀리 떨어진 천체의 무게는 어떻게 잴까? 이에 동원되는 물리법칙입니다.
- 공전하는 별과 중심에 있는 물체의 사이에는 만유인력이 작용한다.
- 공전하는 별은 원심력이 작용한다.
- 계속 공전하려면 원심력과 만유인력이 균형을 이뤄야 한다.
위의 식은 천체 관측으로 멀리 떨어진 천체의 물리량을 구하는 방법의 예입니다. 쌍성을 이루고 있는 두 별의 경우죠. 주기(t)와 공전속도(v)는 밝기의 변화와 도플러 효과 측정 같은 장시간 관측을 통해 얻을 수 있습니다.
시그너스 X-1의 블랙-홀 무게는 위의 식 처럼 단순하지 않습니다만 여러가지를 고려 했을 때 태양의 약 16배 정도 라고 합니다.
결론적으로 직경 3000Km 내에 태양의 16배에 달하는 질량이 모여 있다니 실로 엄청난 밀도가 아닐 수 없죠. 그리하여 블랙-홀 일 것이라고 강하게 추정하고 있습니다.
대기권 밖에 올려진 X 선 망원경 덕분에 우주에 수많은 블랙-홀이 있다는데 모두 동의합니다. 블랙-홀 말고는 관측된 데이터가 설명되지 않으니까요.
이상한 관측 자료를 설명하기 위해 어쩌면 황당한 이론이 동원됩니다. 그런데 기술이 발달해 더 정밀한 관측을 한 결과 황당한 이론이 맞아 들어가는 겁니다. 이제 황당한 이론은 상식이 되었습니다. 넓디 넓은 우주를 하찮은 인간이 다 안다고 할 순 없는 거겠죠. 다행히 황당한 생각을 해내는 몽상가들에 의해 인류의 지식이 조금씩 넓어지나 봅니다. 그런데 황당한 생각도 뭘 알아야 떠오를 테니 열심히 공부에 정진해야죠. (으잉? 웬 훈계를...?)
최근 천문학자들 사이에는 모든 은하의 중심에 거대한 블랙-홀이 있다는 연구를 한다고 합니다. 나선 모양의 은하, 나원 모양을 하게된 동력원이 중심에 거대 블랙-홀이 빨아들이기 때문일까요?
[참고] 블랙-홀의 질량과 은하 중심의 질량/밝기의 관계
Correlation of Black Hole Mass and Bulge Mass/Brightness
http://www.spacetelescope.org/images/opo0022b/
여전히 천문학은 의문과 신비함 투성이 입니다. 하지만 X 선 관측 덕분에 공상과학이 실제의 영역으로 좀더 다가서고 있답니다.
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