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세계적인 거장 크리스토퍼 놀란 감독의 영화 ‘인터스텔라’에서 주인공 일행이 우주에서 거대한 블랙홀 속으로 빨려 들어가는 장면이 나온다. 블랙홀 장면은 생동감이 있어 이 영화의 하이라이트 장면으로 꼽히기도 한다. 놀라운 점은 이 블랙홀은 오롯이 제작자의 상상력과 전문가들의 자문을 합쳐 만들어낸 것이지, 실제 블랙홀을 본떠서 만든 것이 아니라는 것이다. 그런데 4월10일, 사건지평선망원경(EHT; Event Horizon Telescope) 연구진이 인류 최초로 찍힌 블랙홀 관측 사진을 공개했다. 이 관측을 통해 인류는 블랙홀을, 그리고 우주를 한층 더 깊이 있게 연구할 수 있게 됐다.

블랙홀이란?

블랙홀은 공상 과학 영화에서 자주 접할 수 있는 소재다. 워낙 신비로운 존재로 많이 알려져 있고 사람들의 흥미를 돋울 수 있기 때문이다. 하지만 대부분의 사람들은 블랙홀을 단지 ‘들어가면 빠져나올 수 없는 검은 구멍’ 정도로만 알고 있다. 간단하게 설명하면, 거대하고 무거운 별이 진화를 마치고 터지는 과정에서 그 먼지들이 강한 힘으로 인해 한 점으로 모인다. 이렇게 질량이 거대한 먼지들이 아주 작은 ‘점’에서 모이면서 밀도가 거의 무한대로 가게 된다. 이때 생성되는 천체를 블랙홀이라고 한다. 주위에 있는 모든 물체를 빨아들이는 것은 물론, 우주에서 가장 빠른 빛조차도 빠져나갈 수 없게 만드는 강력한 힘을 가지기 때문에 인간 혹은 그들이 보낸 탐사선이 쉽게 관측을 하지 못하는 이유이다.

블랙홀에 관한 오해

블랙홀에 관한 가장 흔한 오해 중 하나는 바로 블랙홀이 하나의 ‘구멍’이라고 생각하는 것이다. 하지만 실제로 블랙홀은 앞서 얘기했듯 우주의 먼지가 압축된 하나의 ‘점’이고, 이 점을 특이점이라고 부른다. 바로 이 점에서 엄청난 중력이 발생되는 것이다. 하지만 일반적으로 블랙홀을 정의할 때 그 점을 중심에 두고 물체가 빠져나가지 못하는 구간, 사건의 지평선(event horizon)까지 포함한다. 사건의 지평선에서는 빛마저도 빠져나올 수 없기 때문에 실질적으로는 관측이 불가능하지만, 다른 물체들과의 상호작용을 통한 연구가 진행 중이다. 또 하나의 오해는 바로 블랙홀은 우주 상의 모든 것을 빨아드린다는 것인데, 이것 또한 잘못된 상식이다. 블랙홀이 물체를 빨아들일 수 있는 힘은 질량의 영향을 받는 중력이 결정한다. 그렇기에 질량이 무한대로 크지 않은 블랙홀들은 일정 반경 안에서만 물체를 흡수하게 된다.

‘M87’ 블랙홀

세계 최초로 관측된 블랙홀이며, M87은 이 블랙홀이 속해 있는 은하의 이름이다. M87은 질량이 태양의 약 70억 배이며, 지구와 5,500만 광년 떨어져 있다. 이 거대하고 멀리 떨어져 있는 블랙홀의 관측을 위해서는 말 그대로 ‘지구 크기’의 망원경이 필요했는데, 이를 위해서 미국의 매사추세츠 공대를 필두로 한 전 세계의 연구진들이 지구상에 있는 9개의 거대한 망원경들을 네트워크로 잇는 시스템을 이용하여 실질적으로 ‘지구 크기’만한 망원경을 만들어냈다. 이 망원경은 블랙홀의 경계선인 사건의 지평선에서 이름을 따서 사건지평선망원경(event horizon telescope)이라고 불린다. 2017년에 관측을 시작해 2년간의 연구와 자료 조합을 통해 드디어 2019년 4월 10일, 사건지평선망원경 프로젝트 팀이 블랙홀의 사진을 내놓았다. 이 사진 한 장으로 인하여 아인슈타인이 약 100년 전에 예측했던 블랙홀의 존재를 이론상이 아닌 시각적으로 증명하게 되었다.

왜 중요한가?

지구, 더 나아가서 태양계는 블랙홀의 영향을 거의 받지 않는다. 하지만 천문학자들이 이토록 블랙홀을 연구하는 데에는 이유가 있다. 아인슈타인이 유명한 상대성이론에 따르면, 블랙홀을 통한 시간 여행이 가능하는 것이다. 물론 아직 갈 길이 멀지만, 블랙홀의 시각적 증거를 확보했다는 것은 분명 엄청난 업적이다. 연구진들은 여기서 멈추지 않고 더 나아가 블랙홀을 완전히 정복하고 시간 여행에 대한 비밀을 풀어내겠다는 목표를 가지고 끊임없이 연구 중이다.

학생기자 이원선(상해중학 10)