[우주의 이해] 블랙홀에 대하여

목차

1. 블랙홀의 발견

2. 블랙홀의 형성

3. 블랙홀의 발견

4. 블랙홀의 구조와 종류

5. 미니 블랙홀과 증발하는 블랙홀

6. 블랙홀 안으로 들어간다면....

7. 블랙홀을 통한 시간여행

8. 블랙홀의 이용

9. 블랙홀 우주의 미래

*참고문헌 & 사이트*

본문내용

지평선과 정지 한계면 사이의 영역을 에르고스피어 ergosphere 라 히는데, 소위 펜로즈 과정이 일어나는 곳이 바로 이 에르고스피어다. 에르고스피어는 그리스어 ergon (일을 하다)에서 따온 말로, '일을 할 수 있는 영역' 이라는 뜻이다. 에르고스피어안의 어떤 궤도에서 충분히 빠른 속도로 물체를 발사하면, 그 물체의 질량보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 그러나 여기에는 문제점이 따르는데, 뉴턴의 작용-반작용 법칙이 작용한다는 것이다. 물체를 발사할 때, 그 반작용으로 물체를 발사하는 우주선등이 블랙홀에 끌려들어갈 수 있다. 이런 문제는 물체를 정확하게 페리바리트론peribarythron -블랙홀 주위를 타원 궤도로 도는 불체가 블랙홀에 가장 가까이 접근하는 점-에서 발사함으로써 어느 정도 해결할 수 있다. 페리바리트론 지점에서 물체를 발사한다면, 얻는 에너지는 물체의 질량에 커 홀의 회전에너지를 합한 값이 될 것이다. 또 다른 방법으로는, 부착 원반 accretion disk 을 이용하는 방법이 있다. 블랙홀 근처에 소행성과 같은 물질을 블랙홀의 궤도에 진입시켜, 그 물질이 블랙홀의 궤도에 들어가면서 부착 원반을 형성하여 내놓는 에너지를 얻는 것이다.
② 블랙홀 망원경 -중력렌즈 효과
우주의 여러 모형들
블랙홀의 강한 중력은 시공간을 휘게하고, 빛의 진로를 굽게한다. 이른바 중력렌즈 효과인데, 이것을 이용하면 우주에 대해 보다 많은 것을 알 수 있다. 예로, 성체의 상이 여러 개로 나누어져 보일 경우 광원인 준성체가 갑자기 밝아질 때 여러 개의 상이 밝아지는 시간이 각각 다른 것을 시간차라 부른다. 이는 개개의 상은 광원에서 출발한 빛이 다른 경로를 통해 도달해서 만들어진 것이므로 빛이 이들 다른 경로들을 따라서 관측자에게 도달하는데 걸리는 시간이 다르기 때문이다. 특정한 중력렌즈계에서 천구상의 상들의 위치, 밝기 등을 알고 렌즈작용을 하는 은하 혹은 블랙홀의 질량분포를 알면 모형계산 등을 통해 다른 경로들의 기하학적 길이 차이가 얼마인가를 알 수 있다. 관측된 시간차에다 빛의 속도를 곱하면 이것이 바로 길이차이가 되므로 전체 경로들의 길이가 결정된다. 우주를 연구하는데 있어서 가장 중요하면서도 어려운 것이 멀리 있는 천체의 거리를 측정하는 것인데 중력렌즈는 거리를 추정하는 다른 많은 어렵고 불확실한 방법들과는 독립적으로 우주에서 가장 멀리 있는 준성체까지의 거리 측정을 가능하게 하는 것이다. 또한, 중력렌즈는 암흑물질을 포함한 질량의 분포를 측량하는 가장 훌륭한 도구라고 할 수 있다. 아울러 중력렌즈에 의한 상이 광원의 원래 모습보다 더 커 보이고 밝아 보이므로 중력렌즈가 없을 경우 관측의 한계를 벗어나는 천체들이 렌즈됨으로 해서 관측 가능해질 수도 있다. 최근, 이러한 블랙홀의 강한 중력렌즈 효과의 응용으로 연성계를 선회하는 행성을 처음으로 발견하였다. 현재 천문학자들은 아주 멀리 있는 비교적 밝은 은하 등의 천체들은 대부분 렌즈작용을 받고 있다고 판단하고 있으므로 앞으로 이를 잘 이용한다면 우주의 임의의 방향의 질량 분포를 추정할 수 있는 필수적인 도구가 될 것으로 기대하고 있다.
9. 블랙홀 우주의 미래
우주의 운명은 그 평균밀도에 의존한다. 우주의 밀도가 특정한 임계밀도보다 작으면 우주는 영원히 팽창하며(열린 우주), 이 밀도보다 크면 결국 우주는 팽창을 멈추고 원래로 수축해버린다(닫힌 우주). 따라서 우주의 평균밀도를 정확히 아는 것이 중요하다. 또, 이것은 우주 안의 블랙홀의 양에 의존한다.
① 열린 우주
우주 종말의 첫 단계는 별들의 죽음이다. 별들은 그 질량에 따라 백색왜성 혹은 초신성, 중성자별, 블랙홀로 변하게 된다. 그러므로 우리 은하는 결국 백색왜성과 중성자별, 믈랙홀, 행성이나 소행성등으로 이루어질 것이다. 그리고, 점점 은하들은 서로 멀어져 갈 것이다. 이런 일들이 일어나는 동안, 별들은 그 행성을 잃게 된다. 행성은 그 궤도를 이탈하기 때문이다. 그 다음에는 별들 사이의 충돌이 일어나서, 은하가 별을 잃게 된다. 수십억년에 걸쳐 외곽 별들이 떨어져 나간다면 은하는 점점 더 작아지고, 탈출하는 별들이 에너지를 가지고 나가므로 우리 은하는 점점 에너지를 잃어 남아있는 별들은 중심으로 떨어지게 된다. 그 중 많은 것들은 블랙홀이 되어서 주위에 있는 죽은 별들을 끌어당기게 된다. 결국 우주는 어둠만이 있는 황량한 장소가 된다. 그 다음에는 우주에 남아있던 양성자들이 붕괴하고 블랙홀은 복사를 계속해 나중에는 폭파하고 만다. 블랙홀에서 떼어지는 입자는 대부분이 광자이므로 최종 단계의 우주는 주로 광자로 구성된다. 물론 소수의 전자, 양성자, 중성미자도 있을 것이다. 모든 구조도 소멸되고, 다만 진공에 가까운 희박한 우주만이 팽창을 계속한다.
② 닫힌 우주
임계 밀도보다 작은 밀도를 가진 우주는, 팽창을 멈추고 수축한다. 스펙트럼선은 적색 이동이 아닌 청색 이동으로 바뀐다. 우주가 수축을 계속하면 은하들은 속도를 얻어서 점점 더 빨리 떨어진다. 은하단들이 합쳐진다. 수축함에 따라 우주는 압축되어 가열되고 결국 남아 있는 것들은 폭발해서 공간 속으로 흩어진다. 남은 것은 블랙홀과 입자 뿐이다. 블랙홀은 서로를 잡아먹으며 점점 거대해진다. 자연의 모든 힘은 합쳐지고, 우주는 한 점으로 오그라들게 된다. 만약 정말로 우주가 한 점으로 오그라든다면 무한밀도를 갖게 되는 특이점이 될 것이다. 또한, 우주가 특이점이 되기 작전에 멈추었다가 다시 팽창한다면, 재폭발 할 것이다.즉, 우주는 순환할 수도 있다. 우주가 순환하는지의 여부를 알기 위해서 최근에는 초끈이론이 연구되고 있다.
*참고문헌 & 사이트*
블랙홀 여행, 동아출판사 1990, 이충호
시간의 역사, 호킹
보이지 않는 물질과 우주의 운명, 배리파커
시간의 비밀, 소학사, 데이비드 달링
과학동아 97년 5월호
Newton 99년 10월호
http://my.netian.com/~ssnova/news/blackhole.html
http://mm.ewha.ac.kr/~nyha/black.html
http:khan.co.kr/newsmaker/culture_science/n318d01.htm

키워드

블랙홀,   우주의 이해,   자유주제 보고서,   블랙홀의 이용,   블랙홀 우주의 미래