[아하! 우주] 블랙홀은 얼마나 커질 수 있나? - 태양질량 500억 배가 한계

우리 미리내 은하의 중심부에는 고도로 농축된 공간이 존재하는데, 이로부터는 어떤 것도 탈출할 수가 없다. 심지어는 빛조차 탈출할 수 없기 때문에 우리는 그것을 볼 수가 없다. 과학자들은 그것이 초질량의 블랙홀이라고 믿고 있다.

그러한 블랙홀은 어떤 은하든 모두 하나씩 갖고 있다. 그런데 그 블랙홀이 과연 얼마만큼 커질 수 있는가 하는 의문이 있는데, 거기에는 물리적 한계가 있는 것으로 보인다는 연구결과가 나왔다. 영국 레스터 대학의 연구자들에 따르면, 이 거대 블랙홀이 활동을 멈추기 전까지 커질 수 있는 한계 질량은 우리 태양 질량의 약 500억 배라고 한다.

블랙홀은 초거성이 항성진화의 마지막 단계에 붕괴함으로써 만들어지는 고밀도의 천체다. 그 중력이 너무나 크기 때문에 빛조차도 탈출할 수 없으며, 주변의 모든 물질들을 닥치는 대로 집어삼키는 탐욕스러운 존재다.

영국 왕립천문학회 월보에 발표된 논문에서 레스터 대학 앤드류 킹 천문학 교수는 블랙홀이 이 한계 질량의 문턱을 넘어서면 주위에 있는 가스 고리를 흐트러버린다고 설명한다. 블랙홀을 살찌우던 이 디스크들은 불안정한 상태로 별들 속으로 흡수된다.



천문학자들의 계산서를 보면, 태양 질량의 500억 배까지 질량이 불어난 블랙홀은 더이상 외부 물질들을 끌어들이지 않고 성장을 멈추는 것으로 나와 있다.

우리은하의 총질량은 태양 질량의 ​약 1000억 배로 추산되고 있다. 따라서 블랙홀의 한계 질량은 우리은하 총질량의 반쯤 된는 셈이다.

킹 교수는 “블랙홀 한계질량의 발견은 천문학자들이 블랙홀로 떨어지는 가스 원반이 방출하는 엄청난 복사의 총량을 알아냄으로써 가능했다”면서 “한계질량의 의미는 이보다 더 큰 질량의 블랙홀은 존재할 수 없다는 뜻으로, 이는 더 이상 물질을 공급하는 강착원반이 없기 때문”이라고 설명했다.

이 한계질량의 문턱을 넘어선 블랙홀은 어두워지며 더이상 블랙홀을 살찌우는 가스 원반이 방출하는 빛을 볼 수 없게 된다. 어쨌든 블랙홀은 그렇게 검지도 희지도 않다는 말이다.

킹 교수는 이 한계질량이 절대적인 것은 아니며, 블랙홀이 비록 주변의 가스를 더이상 흡입하지는 못하지만, 다른 방법으로 덩치를 키울 수도 있다고 덧붙였다.

킹 교수는 “원칙적으로 더 큰 블랙홀도 있을 수 있다. 예컨대, 한계질량의 블랙홀이 다른 블랙홀과 합병하면 더 큰 블랙홀이 될 수 있다"면서 “하지만 이 합병된 블랙홀에서는 어떤 빛도 탈출할 수 없기 때문에 우리는 그것을 관측할 수가 없다. 그리고 그 블랙홀에는 복사를 방출하는 어떤 가스 원반도 없을 것”이라고 주장했다.

이어 “그러나 간접적인 방법으로 그런 블랙홀의 존재를 확인할 수 있는데, 빛이 블랙홀 주위를 지날 때 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따라 중력렌즈 현상을 일으켜 약간 굴절하기 때문”이라고 덧붙였다.

이광식 통신원 joand999@naver.com