구멍 아니야!

먼저 이름에 들어간 ‘홀(구멍ㆍhole)’이란 단어 때문에 블랙홀은 구멍이라고 알고 있는 경우가 적지 않다. 하지만 블랙홀은 구멍이 아니다. 쉽게 말하면 죽은 별이다.

블랙홀이 어떻게 만들어지는지 알면 이해하기 쉽다. 우주에서 질량이 있는 물체는 모두 중력의 영향을 받기 때문에 별도 계속 중력을 받는다. 별 안에서 입자들은 폭발하는데 그 힘이 중력만큼 강해서 별의 크기는 줄어들지 않는다. 하지만 별이 나이가 들어 폭발하는 힘이 약해지면 중력을 받고 또 받다가 점점 쪼그라든다. 계속 줄어들다보면 한 점으로 모이게 되는데, 이것이 바로 부피는 없지만 질량만 남아 있는 블랙홀이다. 특히 어마어마하게 큰 별이 중력을 강하게 받기 때문에 블랙홀로 잘 만들어진다.

그렇다면 블랙홀은 검은색일까. 실제로는 그렇지 않다. 블랙홀은 중력이 매우 강해 뭐든지 다 빨아들인다. 이때 빛조차 빨아들여 우리 눈으로 색을 볼 수 없다는 의미로 ‘블랙(black·검은)’이란 단어가 쓰였을 뿐이다. 진짜 색은 알 수 없다.

뿜어내기도 해!

블랙홀의 모습을 상상한 그림. 라이브사이언스 홈페이지 캡처​​


지구에서 가장 가까운 블랙홀로 기록된 HR 6819 블랙홀을 보여주는 그림. BBC 홈페이지 캡처​

이처럼 블랙홀은 뭐든지 집어 삼키기만 할까? 아니다. 블랙홀은 주위에서 끌려오는 물질이 빠르게 회전하면서 강력한 자기장을 만든다. 만약 강력한 자기장의 방향이 중력과 반대라면 빨려 들어가던 주변의 뜨거운 가스 일부가 중력을 이기고 밖으로 방출된다. 이를 ‘제트’라고 하는데 일부는 은하 하나를 통과할 만큼 멀리 뿜어져 날아간다.

1960년대에 블랙홀의 반대 개념으로 ‘화이트홀’이 등장하기도 했다. 화이트홀이란 블랙홀이 삼킨 물질이 빠져나가는 일종의 출구를 가리켰다. 하지만 이는 증명된 적이 없다. 다만 영국 물리학자 스티븐 호킹(1942∼2018)은 블랙홀이 빛을 포함한 에너지를 조금씩 방출하다가 오랜 시간이 지나면 증발해 사라진다는 ‘호킹 복사’ 이론을 발표했다. 이에 따르면 화이트홀로 물질이 빠져나가는 것이 아니라 조금씩 밖으로 증발해 결국 없어진다는 것.

우리 은하 블랙홀

블랙홀은 위력만큼 복잡한 구조일 것 같지만 가운데 ‘특이점’과 주변을 둘러싸는 ‘사건의 지평선’으로 단순하게 구성돼 있다. 특이점은 앞서 언급된 모든 것을 빨아들이는 아주 작은 점이다. 또 사건의 지평선은 이것보다 안쪽에 있는 물질은 중력에 의해 특이점에 빨려 들어가고 이보다 밖에 있는 물질은 블랙홀의 중력에서 벗어날 수 있는 선을 말한다. 즉 사건의 지평선은 빨려 들어가고 안 빨려 들어가는 것의 경계다. 사건의 지평선 안은 중력이 매우 강하게 작용한다.

블랙홀이 먼 우주에만 있을 것이라는 생각도 오해다. 모든 은하에는 블랙홀이 존재한다. 은하란 천체들이 중력으로 묶여있는 것으로 우주를 이루는 기본 단위다. 우주에 셀 수 없을 만큼 많은 은하가 있기 때문에 블랙홀의 수도 굉장히 많을 것으로 예상된다. 우리 은하에만 블랙홀이 수억 개다. 하지만 지구에서 가장 가까운 블랙홀도 무려 약 1000광년 떨어진 곳에 있으니 블랙홀에 지구가 빨려 들어갈 걱정으로 밤잠을 못 이룰 필요는 없다.