우주 최초의 블랙홀은 어떻게 만들어 졌을까? [신박과학]

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1분과학·북툰·SOD

2021. 4. 22.

 

 

대략 130억년 전, 우리의 우주는 여전히 엉망진창인 상태였습니다.

하지만 자세히 살펴보면 겉모습과는 다르게

우주도 나름대로 창조적인 활동을 조금씩 하고 있었는데요

 

그것은 바로 우주의 여기저기에 초대질량 블랙홀을

하나씩 하나씩 만들어내고 있었던 것입니다.

 

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과학자들은 태양보다 수십억 배나 더 크고 오래된 블랙홀에 의해
동력을 얻고 있는 것으로 여겨지고 있는 퀘이사를 통해

초기 우주의 유물을 간접적으로 살펴보고 있습니다.

 

하지만, 이러한 고대의 물체의 존재는

오히려 과학자들의 머리를 아프게 만들기도 하죠.

 

많은 퀘이사들은 우주의 초창기인 8억 년의 시간 동안 만들어진 것으로 보입니다.

그런데 이 시기는, 스스로 붕괴되어 블랙홀이 될 수 있을 정도의

별이 만들어지기 훨씬 전의 시기죠.

, 블랙홀이 만들어진다는 것이 불가능하다는 얘기입니다.

 

그렇다면, 이 거대하고 오래된 검은 구멍은 도대체 어디서 온 걸까?

최근의 가설에 따르면

아마도 그 당시에 많이 존재했었던 가스가 원인이었을지도 모른다고 합니다.

 

최근 미국 천체 물리학 저널지에서 발표된 새로운 연구에 따르면

우주 초기의 초대형 블랙홀은 거대한 양의 가스가 중력에 의해 하나의 가스 구름으로 결합되어 만들어졌다는 시뮬레이션 결과를 얻게 되었다고 합니다.

 

다시 말해, 과학자들은 충분히 거대한 가스 구름이

그 자체의 질량으로 스스로 붕괴되어

작은 블랙홀을 만들어 낼 수 있다는 것을 발견하게 된 것입니다.

 

물론 초신성은 전혀 필요하지 않았죠.

이러한 블랙홀을 가리켜 직접 붕괴 블랙홀이라고 합니다.

 

캐나다 온타리오주 런던에 있는 웨스턴 대학의 천체 물리학자이자

블랙홀 전문가인 산타누 바수 교수에 따르면

직접 붕괴 블랙홀의 가장 커다란 특징 중 하나는

초기의 우주에서 아주 짧은 시간 동안 앚주 빠르게 형성되었다는 것입니다.

 

블랙홀은 약 15천만 년 동안 형성되었고

이 기간 동안 아주 급속하게 성장했습니다.

 

처음 만들어졌을 당시에서 약 1만 배나 질량을 증가시킬 수 있었죠.라고 교수는 말합니다.

그런데 어떻게 가스 구름이 블랙홀이 될 수 있는 걸까?

 

2017년의 연구에 따르면

이러한 블랙홀이 탄생하려면 전혀 다른 성격의 은하 2개가 필요하다고 합니다.

 

한쪽은 많은 아기별을 가지고 있어야 하고

다른 한쪽은 별이 거의 없는 가스 덩어리로 구성되어 있어야 하죠.

 

한쪽의 은하계에서 새로운 별들이 만들어지면

이들은 옆에 있던 가스 은하 쪽으로 고온의 방사선을 끊임없이 방출해서

가스 은하에서 별들이 형성되는 것을 방해하게 됩니다.

 

이렇게 가스로 가득한 은하의 수억 년 동안 별을 생산하지 못하게 되고

자체 무게에 의해 붕괴되어 블랙홀을 만들어내는 등

다양한 문제를 일으키게 됩니다.

 

그리고 이렇게 만들어진 어린 블랙홀은

근처에 있는 물질들을 빠르게 먹어 치움으로써

초질량 상태에 도달할 수 있게 되는 것이죠.

 

어쩌면 오늘날 우리가 볼 수 있는 거대한 퀘이사까지 만들어냈을 수도 있습니다.

바수 교수는, 우주의 이러한 행위는

우주가 별들과 다른 블랙홀들로 붑비기 전까지

, 8억 년이라는 아주 짧은 시간 동안만 가능했을 것이라고 추정합니다.

 

물론, 이 직접 붕괴 블랙홀은 아직 가설로 남아 있는 상태입니다.

하지만 일부 천문학자들은

이미 허블 우주 만원경이 2015년에 그러한 물체를 포착했을지도 모른다고 생각하고 있죠.

 

2007, 거대한 별인 N6946-BH1

태양보다 100만 배나 더 밝게 빛나고 있었습니다.

 

그러나 이 별은 2015년에 흔적도 없이 사라져 버리게 되었죠.

초신성 특유의 섬광도 전혀 찾아볼 수 없었습니다.

 

그리고 이후의 추가 조사에서 근처에 있던 6개의 별들도 다같이 폭발했고

근처에 있던 별들도 (7개중 1게 꼴) 공허 속으로

함께 사라졌다는 것을 발견하게 되었죠.

 

천문학자들은 이것이 별이 초신성을 거치지 않고

바로 블랙홀로 붕괴되는 아주 드물지만

강력한 증거라고 생각하고 있습니다.

 

과연 직접 붕괴 블랙홀 가설이 학계에서 제대로 인정받게 될까요?

 

직접 붕괴 블랙홀 설은

천문학계에서 큰 관심을 받고 있으며

2020년 경에는 결과가 나올 듯합니다.