블랙홀 특이점은 블랙홀 한가운데에서 밀도가 무한대로 치솟아, 지금까지 알려진 물리법칙으로는 더 이상 설명이 안 되는 지점을 말해요. 사건의 지평선 안쪽에 완전히 숨어 있어서 망원경으로도 직접 들여다볼 수가 없습니다. 재밌는 건, 태양과 같은 질량의 별이 블랙홀이 된다면 그 경계가 반지름 3킬로미터 안쪽으로 줄어든다는 거예요.
쉬운 설명 vs 전문 설명 신비의 '블랙홀' 아이 버전, 어른 버전 설명글 →
사건의 지평선과 특이점은 어떻게 다를까
사건의 지평선은 블랙홀의 경계선이고, 특이점은 그 안쪽 한가운데에 있는 중심점이에요. 사건의 지평선을 한 번 넘으면 빛조차 다시 빠져나올 수 없고, 그 경계 맨 안쪽 끝에 특이점이 자리잡고 있습니다.
이 경계의 크기는 슈바르츠실트 반지름(반지름 = 2 × 중력상수 × 질량 ÷ 빛의 속도²)이라는 공식으로 구해요. 태양 질량을 그대로 넣어 계산하면 결과는 약 3킬로미터인데, 미국항공우주국(NASA)의 설명에서도 태양이 지금 질량 그대로 블랙홀이 된다면 사건의 지평선 반지름이 약 3km에 불과하다고 소개합니다.
- 사건의 지평선: 블랙홀 중력권의 경계선, 한 번 넘으면 돌아올 수 없다
- 특이점: 사건의 지평선 맨 안쪽, 밀도가 무한대가 되는 중심점
- 슈바르츠실트 반지름: 어떤 별이든 이 크기 안으로 압축되면 블랙홀이 된다
특이점에서는 왜 물리법칙이 무너질까
특이점에서는 부피가 0에 가깝게 쪼그라들면서 밀도가 무한대로 치솟는다고 일반상대성이론이 예측해요. 밀도와 중력, 시공간의 휘어짐이 전부 무한대가 되는 순간 기존 방정식은 더 이상 쓸 만한 답을 내놓지 못합니다.
흥미로운 건 특이점의 모양이 블랙홀마다 다르게 예측된다는 점이에요. 회전하지 않는 블랙홀(슈바르츠실트 블랙홀)은 특이점이 한 '점'이지만, 실제 우주의 블랙홀 대부분처럼 회전하는 블랙홀(커 블랙홀)은 1963년 물리학자 로이 커가 찾아낸 해에 따르면 특이점이 고리 모양일 수 있다고 봐요. 다만 이건 어디까지나 방정식이 보여주는 이론적 예측이고, 특이점 자체를 직접 관측한 사례는 아직 없습니다.
실제로 사진으로 찍힌 적도 있어요
특이점 자체는 못 찍어도, 블랙홀의 그림자는 실제로 사진에 담긴 적이 있어요. 2019년 4월 10일, 전 세계 전파망원경을 연결한 '사건지평선망원경(EHT)' 프로젝트가 지구에서 5500만 광년 떨어진 M87 은하 중심 블랙홀의 모습을 처음으로 공개했습니다.
이 블랙홀은 질량이 태양의 약 65억 배에 달하는데, 유럽남방천문대(ESO)가 공개한 자료에 따르면 사진 속 밝은 고리는 사건의 지평선 그 자체가 아니라 '그림자'예요. 실제 사건의 지평선은 사진 속 고리보다 약 2.5배 더 작습니다.
블랙홀을 둘러싼 흔한 오해
블랙홀이 우주의 진공청소기처럼 주변 모든 걸 빨아들인다는 건 대표적인 오해예요. 사건의 지평선 바깥에서는 블랙홀도 같은 질량을 가진 보통 별과 똑같은 중력만 작용합니다.
예를 들어 태양이 지금 질량 그대로 갑자기 블랙홀로 바뀐다 해도, 지구는 빨려 들어가지 않고 지금과 똑같은 거리에서 계속 공전해요. 다만 태양빛이 사라지니 지구는 점점 얼어붙겠죠. 참고로 태양은 질량이 부족해서 실제로는 블랙홀이 아니라 백색왜성으로 생을 마감할 예정입니다.
- 오해 1, 무조건 빨아들인다: 사건의 지평선 밖에서는 보통 별과 중력이 똑같다
- 오해 2, 아무 별이나 블랙홀이 된다: 충분히 무거운 별만 수명을 마치고 블랙홀이 된다
블랙홀에 빨려 들어가면 어떻게 되나요?
블랙홀에 가까워질수록 몸의 가까운 쪽과 먼 쪽에 가해지는 중력 차이가 커지면서 몸이 길게 늘어나는 '스파게티화' 현상이 일어난다고 알려져 있어요. 특이점에 가까워질수록 이 잡아당기는 힘이 극단적으로 세진다고 이론은 설명합니다.
화이트홀도 실제로 있나요?
화이트홀은 블랙홀과 같은 방정식(1916년 슈바르츠실트가 내놓은 일반상대성이론의 해)에서 시간의 방향만 거꾸로 돌리면 나오는 이론적 해예요. 수학적으로는 가능하지만 아직 단 하나도 관측된 적이 없고, 물리학자 대부분은 자연적으로 만들어지기는 어렵다고 봅니다.
꿀팁 요약
사건의 지평선은 경계, 특이점은 중심 / 태양 질량 기준 사건의 지평선 반지름은 약 3km / 2019년 EHT가 M87 블랙홀 그림자를 최초로 촬영 / 사건의 지평선 밖에서는 보통 별과 중력이 동일
특이점 안에서 정확히 무슨 일이 벌어지는지는 아직 아무도 몰라요. 사건의 지평선이 모든 걸 가려버려서, 지금 물리학자들이 할 수 있는 건 방정식으로 추측해보는 것뿐입니다. 언젠가 중력과 양자역학을 하나로 묶는 이론이 나오면 그때는 답을 알 수 있지 않을까요. 이런 우주 이야기 더 받아보고 싶으시면 구독 한 번 눌러주세요.
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