두 개의 블랙홀이 합쳐져 시속 500만 킬로미터의 속도로 이동

두개의 블랙홀

각각의 블랙홀은 실제로 반격하는 방법을 알고 있습니다. 서로 다른 블랙홀이 나선형으로 서로 충돌하면서 태어났습니다. 생성되는 동안 이 새로운 블랙홀은 강한효과(kick)을 얻어 자신의 발상지에서 멀리 내던져집니다. 시간당 약 500만 ㎞ 의 속도로 사라집니다.

 

중력파로 블랙홀을 날려버린다고?

 

무척 빠른 속도입니다. 빛은 우주에서 가장 빠른 것입니다. 그리고 이 블랙홀이 우주를 가로지르는 속도의 200배에 불과합니다. 연구원들은 미국의 물리학학회지에 발표된 논문에서 새로운 분석을 공유했습니다 .

 

우주 리베이트(Cosmic kickback)

블랙홀은 우주에서 가장 극단적인 물체 중 일부입니다. 각각은 물질로 너무 빽빽하게 채워져 있어서 중력이 빛조차 빠져나가는 것을 막을 수 있습니다. 따라서 이 우주 거물 중 두 개가 충돌할 때 강력한 펀치를 날리게 되는 것이죠.

 

사실, 블랙홀 충돌은 시공 자체의 구조에 파문을 일으킬 수 있습니다. 그 파문을 중력파(gravitational wave)라고 합니다. 그리고 그 파도가 블랙홀 스매시업에서 한 방향으로 퍼지는 경향이 있다면, 그들은 새로 태어난 블랙홀을 다른 방향으로 두드릴 것입니다.

 

이 반동은 총알을 쏘고 나면 다시 반동하는 총과 같다고 전문가(Vijay Varma)는 설명합니다. 그는 블랙홀의 반동을 발견한 팀에 있었습니다. 미국과 이탈리아에 라이고(LIGO) 및 비르고(VIRGO) 관측소는 2020년 1월 29일 병합 블랙홀에서 중력파를 감지했습니다.

 

감지된 파동은 두 블랙홀이 어떻게 병합되었는지에 대한 세부 정보를 보여주었습니다. 블랙홀이 서로 원을 그리면서 공전하는 평면이 회전했습니다. 그 기울기를 세차 운동(Pre-SEH-shun)이라고 합니다. 팽이가 회전하면서 흔들리는 것과 비슷합니다. 이러한 흔들리는 블랙홀은 합쳐지면 더 큰 강한효과(kick)를 얻을 것으로 예상됩니다.

 

Varma와 그의 동료들은 새로 태어난 블랙홀이 정말로 그런 강한효과를 가지고 있는지 알고 싶었습니다. 그래서 그들은 데이터를 더 깊이 파고들게 됩니다.

 

연구원들은 그들의 관찰을 블랙홀 합병의 예측된 버전과 비교했습니다. 컴퓨터 모델을 사용하여 그런 예측을 했습니다. 시뮬레이션 결과 반동이 매우 컸다고 합니다. 그것은 새로 태어난 블랙홀이 아마도 우주 밖으로 쫓겨났다는 것을 의미했습니다.

 

불분명한 운명

이 블랙홀 강한효과는 몇 가지 다른 환경에서 발생할 수 있습니다.

하나는 별과 블랙홀의 밀집된 그룹입니다. 이러한 천체 무리를 구상성단(globular cluster)이라고 합니다. 강한 효과를 받은 블랙홀이 거기에서 태어났다면 그것은 아마도 무리(cluster)를 탈출했을 것입니다. 성단 안에 머물 확률은 약 0.5%에 불과하다고 팀은 계산했습니다.

 

그러나 블랙홀의 합병은 다른 유형의 밀집된 환경에서도 발생했을 수 있습니다. 핵성단(nuclear star cluster)이라고 합니다. 이 경우 강한 효과를 받은 블랙홀이 붙어있을 확률은 약 8% 였습니다.

 

블랙홀의 위대한 탈출은 큰 의미를 가질 수 있습니다.

 

왜 그럴까요?

 

과학자들은 짝을 이루고 붐비는 무리에서 합쳐지는 블랙홀이 다시 짝을 이룰 수 있는지 알고 싶어합니다. 블랙홀은 여러 차례의 융합 과정을 거칠 수 있습니다. 만약 그렇다면, 그것은 놀랍도록 부피가 큰 블랙홀이 어떻게 생겨났는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 병합된 블랙홀이 일반적으로 성단에서 멀어지면 여러 번 병합될 가능성이 줄어듭니다.

 

Varma는 강력한 효과(kick)은 무거운 항성질량 블랙홀이 형성되는 방식을 이해하는 데 매우 중요하다고 합니다. 항성질량 블랙홀(Stellar-mass black hole)은 새로운 연구에서 병합된 유형입니다. 죽어가는 별이 폭발하고 붕괴할 때 태어납니다. 그리고 그들은 소위 초질량 블랙홀(supermassive black hole)과 구별됩니다. 훨씬 더 큰 블랙홀은 은하의 중심을 지배합니다.

 

천문학자들은 이전에 그러한 초대형 짐승에게 큰 발차기를 주는 중력파의 암시를 본 적이 있습니다. 그러나 그 증거는 빛의 형태로 나타났습니다. (중력파가 아님). 천체 물리학자는 중력파는 어떤 면에서 더 깨끗하고 해석하기 쉽다고 합니다. 

 

라이고(LIGO)와 비르고(Virgo)는 항성질량 블랙홀이 조금씩 움직인다는 증거를 제시했습니다. 그러나 새로운 연구는 그러한 블랙홀이 강력한 효과(kick)을 얻는 것을 처음으로 보여줍니다.

 

그 강력한 효과(kick)은 놀라운 일이 아니라고 천체 물리학자는 설명합니다. 그녀와 그녀의 동료들은 그러한 강력한 효과가 일어날 수 있다고 예측했습니다.

 

알아두면 도움이 되는 단어

 

천문학자, astronomer

천체, 우주 및 물리적 우주를 다루는 연구 분야에서 일하는 과학자.

 

천체 물리학자, astrophysicist

우주에 있는 별과 다른 물체의 물리적 성질을 이해하는 천문학 분야에서 일하는 과학자.

 

블랙홀, black hole

중력장이 너무 강하여 물질이나 방사선(빛 포함)이 빠져나갈 수 없는 공간 영역.

 

병합, 융합, 합병 coalesce

많은 작은 요소를 결합된 덩어리로 모으는 것.

 

중력, gravity

질량 또는 부피가 있는 모든 것을 질량이 있는 다른 물체 쪽으로 끌어당기는 힘. 질량이 클수록 중력이 커집니다.

 

LIGO : (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory의 약자)

지리적으로 멀리 떨어져 있는 두 개의 탐지기로 구성된 시스템으로, 통과하는 중력파의 존재를 등록하는 데 사용됩니다.

 

전진(세차) 운동, precession

회전체의 회전축 방향의 변화. 지구의 자전축(북극과 남극을 가로지르는 선)이 세차운동을 하며 26,000년에 한 번씩 하늘에 완전한 원을 그립니다. 이 세차 운동 또는 흔들림은 최근 빙하기의 오고감에 영향을 미치는 요인 중 하나입니다.

 

반동, recoil

물리학에서 어떤 시작 위치에서 힘차게 뒤로 돌진하는 것.

행동에서 두려움, 혐오감 또는 공포에서 어떤 행동에 반응하는 것 – 때로는 한 발 물러서서.

 

상대성 이론, relativity

물리학에서 물리학자 알베르트 아인슈타인이 개발한 이론으로, 공간도 시간도 일정하지 않고 대신 자신의 속도와 주변 사물의 질량에 영향을 받습니다.

 

시뮬레이션, simulation

종종 컴퓨터를 사용하여 물리적 시스템의 일부 조건, 기능 또는 모양을 분석하는 것입니다. 컴퓨터 프로그램은 시스템을 설명할 수 있는 수학적 연산을 사용하여 이를 수행하고 시간이 지남에 따라 또는 예상되는 다양한 상황에 따라 시스템이 어떻게 변경될 수 있습니다.

 

시공간, spacetime

아인슈타인의 상대성 이론에 의해 필수적으로 만들어진 용어로, 시간에 해당하는 네 번째 좌표와 함께 공간의 3차원 좌표로 주어진 어떤 지점에 대한 지정을 설명합니다.

 

빛의 속도, speed of light

물리학에서 자주 사용되는 상수로, 시간당 10억 8천만 킬로미터(6억 7100만 마일)에 해당합니다.

 

초신성, supernova (복수형: supernovae or supernovas)

질량의 대부분(또는 때로는 전부)을 방출하는 격변적 폭발로 인해 갑자기 밝기가 크게 증가하는 별.

 

속도 : 주어진 방향으로의 속도.

파동 : 규칙적이고 진동하는 방식으로 공간과 물질을 통해 이동하는 교란 또는 변형.