블랙홀 22, 블랙홀은 얼마나 빨리 먹는가

식별되는 최초의 블랙 홀

바이너리 스타 시스템에서 두 별의 질량을 측정하여 안전하게 식별되는 최초의 블랙 홀은 V204Cyg이다. 호르헤 카사레스와 필 찰스와 그들의 동료들은 두 별의 궤도를 매우 주의 깊게 관찰했고 이 쌍 2진수 쌍이 태양의 질량보다 적어도 6배 더 큰 질량을 가진 콤팩트 물체를 포함합니다.

은하계와 그것들의 질량에 대한 타당한 추정을 할 수 있다. 우리는 지금쯤 핵 융합을 통해 핵 연료를 모두 사용할 만큼 충분히 진화했을 정도로 역사상 얼마나 많은 거대 별들이 얼마나 일찍 형성되었는지를 고려해 볼 수 있다. 비록 우리 은하에 있는 아주 적은 수의 별들만이 블랙 홀을 형성하기 위해 간다 하더라도, 우리에게 여전히 많은 블랙 홀을 제공하는 1011개 이상의 은하수에 물체가 있다.

블랙 홀의 질량

은하계를 둘러싸고 있는 블랙 홀의 질량을 어떻게 측정할 수 있을까? 사실 일부 항성으로 된 블랙 홀의 경우, 이 기술은 우리 은하 중심의 블랙 홀에서 사용되는 것과 동적으로 매우 유사합니다. 그 이유는 우리의 은하계에서, 그리고 아마도 다른 은하계에서도, 2진 시스템을 형성하는 쌍으로 되어 있기 때문입니다. 중력이 매력적이고 많은 두개의 몸 궤도가 안정적이기 때문에 일단 두개의 별이 서로 마주치게 되면 그들은 서로 중력이 강하게 결합될 가능성이 있다. 2진법의 경우, 만약 우리가 별들이 서로를 둘러싼 완전한 고리를 만드는데 걸리는 시간을 측정할 수 있다면, 궤도 기간으로 알려진 시간들 사이의 거리를 우리가 안다면, 콤팩트한 물체가 알려진 스펙트럼 유형과 그에 따라 알려진 질량의 정상적인(핵 융합을 통해)별 주위의 궤도에 있다면, 콤팩트한 별의 질량은 유도하기 쉽다. 블랙 홀과 같은 작은 물체가 단수이고 2진수가 아니라면, 동적 정보의 부족은 그것의 질량을 조사하거나 블랙 홀을 결정할 방법이 없다는 것을 의미한다. 우리가 측정할 수 있는 가장 작은 블랙 홀은 태양의 몇배의 질량이지만, 항성의 100배를 초과할 수 있는 가장 무거운 블랙 홀입니다.

현대 기술로 주어진 블랙 홀의 질량 측정은 비록 많은 인내심과 끈기를 필요로 하지만 다루기 쉽다. 질량이 본질적으로 블랙 홀의 두가지 기본적인 물리적 특성 중 하나라는 것을 고려하면, 그러한 연구는 그것의 특성을 반으로 줄일 수 있다! 하지만 블랙 홀의 회전 정도를 측정하는 것은 어렵습니다. 그리고 7장에서 저는 이를 시도하고 실행하기 위해 필요한 영웅적인 노력에 대해 설명합니다.

블랙 홀의 대중적인 개념

블랙 홀의 대중적인 개념은 주변 환경에서 모든 것을 빨아들인다는 것은 사건의 지평선 근처에서만 맞으며, 심지어는 그 안으로 들어가는 물질의 각운동량이 그다지 크지 않을 때에도 맞는다. 블랙 홀에서 멀리 떨어진 외부 중력장은 동일한 질량을 가진 다른 구형 물체의 그것과 동일하다. 그러므로, 입자는 다른 별들과 마찬가지로 뉴턴 역학에 따라 블랙 홀 주위를 돌 수 있다. 무엇이 원을 그리며 돌고 도는 이러한 패턴을 밝혀 내고 좀 더 이국적인 행동을 위한 길을 닦을 수 있을까? 답은 블랙 홀의 궤도를 돌고 있는 입자가 항상 하나 이상 있다는 것이다. 우리가 관찰하는 천체 물리학적 현상의 풍부함은 블랙 홀 주위를 돌고 있는 많은 물질들이 있고 이 물질은 스스로 상호 작용할 수 있기 때문에 발생한다. 게다가, 중력은 반드시 따라야 하는 물리학의 유일한 법칙이 아니다. 또한 각운동량의 보존의 법칙도 따라야 한다. 블랙 홀을 향해 끌어 당길 수 있는 물질의 대부분에 이 법칙을 적용하는 것은 주목할 만한 관찰 가능한 현상들을 발생시킨다. 작은 별들은 은하 중심부에 거대한 블랙 홀을 가지고 있는 물체들입니다. 근처의 물질에 대한 영향 때문에 은하의 모든 부분들보다 더 큰 빛을 낼 수 있습니다. 우리는 8장에서 블랙 홀이 그것들보다 더 큰 크기의 블랙 홀을 가진 마이크로 소프트라고 불리는 이들의 축소된 상대자들과 함께, 4장에서 4장과 다른 '능동 은하'의 예를 만날 것이다. 일단 블랙 홀 주변의 문제에 대해 다시 생각해 봅시다.