블랙홀은 정말 지금 지구를 파괴할 수 있을까?

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스마트 1분

2020.09.19. 17:0215,166 읽음

출처:Sciencemag

출처:SciencenewforStudent

 

블랙홀이 드디어 본 모습을 드러냈습니다. 사실 블랙홀이 모습을 먼저 드러냈다기 보단 인류가 수많은 노력 끝에 블랙홀의 모습을 드디어 카메라에 담을 수 있게 된 것입니다. 2019년 블랙홀을 연구하던 연구진들이 드디어 8개의 전파망원경을 통해 블랙홀 관측에 성공했습니다.

관련 연구자들은 미국, 스페인, 칠레, 남극 등 각각 멀리 떨어진 6개의 대륙에 8개의 전파망원경을 연결한 후 전파의 간섭 현상을 통해 하나의 큰 망원경처럼 작동시켜 하나의 이미지를 만들어내는 원리를 이용해 블랙홀과 그림자를 관측했다고 합니다.

이렇게 관측된 블랙홀은 중심에 위치한 어두운 부분을 주변으로 링 모양의 붉은 원 모양을 띄고 있었습니다. 하지만 지구에서 빛의 속도로 5천 5백만년을 이동해야 도달하는 블랙홀은 거리 외에도 다양한 이유로 빛이 왜곡되어 완전 선명한 모습의 이미지를 얻긴 어려웠다고 합니다.

블랙홀이란?

출처:NASA

출처:Giphy

 

인류가 수도 없이 많은 시도 끝에 겨우 2019년에 최초로 관측할 수 있었던 블랙홀. 블랙홀의 정체를 알아보도록 하겠습니다. 블랙홀은 강력한 중력과 높은 밀도를 지니고 있는 천체입니다. 블랙홀이 생성되는 원인은 항성의 진화과정과 관련이 있습니다.

항성은 진화과정을 거치다 수명이 다해 마지막 순간이 되면 항성의 크기에 따라 그대로 식어버려 백색왜성이라고 불리는 잔해가 될 수도 있고 무시무시한 블랙홀이 될 수도 있습니다. 상대적으로 질량이 작은 항성들은 수명을 다하면 중력수축이 발생하다가 그대로 식어버린다고 합니다.

하지만 태양보다 적어도 수십만배 많게는 수십억배의 큰 질량을 지니고 있는 항성은 중력으로 인해 항성 중심에 있는 핵이 붕괴되면서 폭발을 일으키게 되고, 반발력으로 인해 끝없는 수축을 하게 되죠. 끝없는 수축으로 인해 어두운 구멍이 난 것처럼 보이는 블랙홀은 강한 중력장을 형성하게 되고, 이 중력장은 주변의 빛까지 모두 빨아들인다고 합니다.

실제로 아인슈타인은 상대성이론을 통해 블랙홀의 중력이 너무 강한 나머지 주변의 시공간까지 왜곡되게 만든다고 주장했죠. 블랙홀은 사건의 지평선이라고 불리는 경계를 가지고 있으며, 이 경계를 넘어버리는 순간 시공간의 왜곡과 밀도가 무한대가 되어버리는 블랙홀의 중심은 특이점으로 향하게 되며 광속보다 빠르지 않고선 다신 밖으로 빠져나올 수 없다고 합니다.

블랙홀의 주변에선 어떤일이 벌어질까?

출처:Science-New.com

 

상상하지도 못할 강한 중력으로 한 번 들어가면 어느 누구도 살아서 나올 수 없다는 블랙홀의 주변은 당연히 어떤 것도 살아남지 못합니다. 하지만 주변 항성들과 가스 등이 블랙홀에 일직선으로 깔끔하게 빨려들어가진 않죠.

블랙홀 주변의 물질들은 블랙홀을 중심으로 뱅글뱅글 궤도를 그리며 빨려들어가며 이때 온갖 물질들이 서로 충돌을 하며 큰 마찰력을 생성하게 됩니다. 이 마찰력으로 인해 온도가 높아지면 전자기파가 생성되고, 이 전자기파의 세기는 매우 강력한 나머지 1천광년이나 떨어진 지구에서도 감지할 수 있기 때문에 과학자들은 이 전자기파를 가지고 블랙홀의 위치를 찾아낼 수 있다고 합니다.

출처:RunnerWorld&PaperFlare

출처:Giphy

 

매우 큰 마찰력을 일으키며 빛도 살아남지 못하고 모든 것이 빨려들어가는 판국에 통신 신호라고 살아남을 수 있을까요? 당연히 통신 신호 자체도 아예 사라질 확률이 높습니다. 통신신호가 남아있다고 하더라도 시공간을 왜곡시키는 블랙홀은 통신 신호의 시간도 더욱 느리게 왜곡시켜버리기 때문에 블랙홀 주변에 있는 위성에서 지구로 쏘는 통신신호를 받으려며 적어도 몇백년은 걸리지 않을까 추측됩니다.

하지만 빨아들이기만 하는 줄 알았던 블랙홀이 유일하게 내뱉는 에너지가 있습니다. 바로 우주를 이루고 있는 기본 입자이지만 우주의 유령으로 불리며 질량이 매우 작고 전기도 띄지 않는 중성미자라고 하는 에너지입니다.

출처:ExtremeTeach

 

2017년 남극의 한 연구시설에서 고에너지를 띄고 있는 중성미자를 포착했습니다. 이 중성미자는 태양 혹은 원전에서 발생하는 에너지보다 수백만배나 높은 약 290조 볼트의 에너지를 띄고 있었다고 합니다. 질량이 거의 없고 우주의 기본입자라고 불리는 중성미자가 어떻게 지구에서 발견된 것일까요?

중성입자는 항성의 핵에서 방사선 붕괴가 일어날 때 생성된다고 합니다. 또한 우주의 천체가 폭발해서 감마선이 지구 대기에 들어오게 되면 중성미자가 만들어지는 경우도 있습니다. 또한 태양의 핵융합으로 인해 중성미자가 만들어지기도 합니다.

미항공우주국 NASA는 해당 중성미자가 어떤 곳에서부터 왔는지 경로를 추적했고 그 결과 지구에서 37억광년 떨어진 블레이저라는 이름의 블랙홀에서부터 출발했다는 것을 밝혀냈습니다. 블랙홀 블레이저는 태양계를 향해 강력한 전자기파인 감마선과 중성미자를 쏟아내고 있었고, 지구도 그냥 관통할 정도로 다른 물질과 거의 반응하지 않는 중성미자가 남극까지 직진으로 도달한 것입니다.

블랙홀이 지구를 파괴할 수 있을까?

출처:TheConversation

 

Berkely Lab의 IceCube 연구팀은 다른 입자들과 거의 상호작용을 하지 않아 지구도 그냥 관통하며, 질량이 거의 없어서 감지하기도 어려운 중성미자이지만 고에너지인 중성미자가 남극에서 감지될 수 있었던 이유는 바로 지구가 특정 중성미자를 흡수하기 때문이라고 언급하기도 했습니다.

이는 에너지가 적은 중성미자는 우리가 원래 알고 있는 것처럼 상호작용을 할 수 없지만, 중성미자의 에너지가 커지면 커질수록 지구를 통과하는 도중 지구의 내핵과 상호작용하게 된다는 것을 뜻하죠.

다시 말하면 지구와 가까운 태양에서 만들어지는 중성미자는 에너지가 낮기 때문에 지구를 그냥 통과하는 경우가 많아 감지되기도 어렵지만 원전보다 수백만배 높은 에너지를 지녔다는 남극에서 발견된 중성미자는 높은 방사능으로 지구의 핵을 가열시킬 수도 있는 근거가 될 수 있습니다.

그렇다면 실제로 블랙홀 블레이저에서 출발한 고에너지의 중성미자가 지구의 핵을 가열시켜 언젠가 지구를 파괴 할 수 있을까요? 그리고 블랙홀은 과연 지금 지구에 위협이 될 수 있을까요?

출처:Vox

 

보통 태양보다도 수십배는 무거운 블랙홀에 비하면 은하계의 한 부분을 이루는 지구는 아주 작은 항성이여서 매우 많은 양의 고에너지를 지닌 중성미자들을 마구 흡수한다면 지구의 핵이 점점 달궈지면서 파괴될 가능성이 아주 없는 건 아니라고 합니다. 실제로 Forbes에서 이런 중성미자가 지구에 미칠 수 있는 영향에 대해 꽤 자세하게 언급하기도 했습니다. 그리고 이럴 경우 지구뿐만 아니라 지구상에 있는 모든 존재는 치명적인 영향을 받게 되죠.

그렇지만 지구를 파괴시킬 정도로 아주 많은 양의 고에너지 중성미자의 영향을 받으려면 블랙홀이 상당히 가까이 있어야 합니다. 그러나 지금 지구에서 가장 가까운 블랙홀의 거리를 고려해볼때 이는 실현성이 매우 떨어집니다.

뿐만 아니라 고에너지 중성미자가 지구를 파괴시킬 정도로 블랙홀이 가까이 있다면 지구는 중성미자로 가열되어 파괴되기 전에 블랙홀에 빨려들어가 버릴 것입니다. 하지만 블랙홀이 우주의 로봇청소기처럼 여기저기 스스로 돌아다니며 우주에 있는 모든 것을 닥치는 대로 빨아들이지 않는 이상 다행히도 블랙홀은 지구를 파괴시킬 수 없죠. 사건의 지평선이라고 불리는 경계에 성큼 들어가지 않는 이상 블랙홀에 흡수되지 않으며, 블랙홀 역시 지구에서 멀리 떨어진 우주 어느 한 곳에 가만히 위치하여 자리를 지키고 있기 때문입니다.

 

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*참고자료

This Is How We'd All Die Instantly If The Sun Suddenly Went Supernova
How the Earth Stops High-Energy Neutrinos in Their Tracks
Earth Can Absorb High-Energy Neutrinos, Physicists Find
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