2020 노벨 물리학상 수상 (블랙홀에 대한 고찰)

이제껏 아무도 보지 못한 곳을 향한 대담한 발걸음

 

블랙홀

블랙홀에 대한 연구는 1783년 영국의 자연철학자 미첼(John Michell)이 뉴턴(Isaac Newton)의 역학과 중력이론을 기초로 하여 별의 질량이 거대하면서(무거우면서) 그 크기가 작으면 별 표면에서 그 어떠한 물체도 심지어 빛 조차도 빠져나올 수 없어 별이 보이지 않을 것이라는 주장을 하였습니다.

 

그리고 이번 노벨 물리학상을 수상한 세명의 과학자에 의해 블랙홀에 대한 새로운 사실이 발견되었습니다.

지난번에 이어 블랙홀에 대한 이야기는 계속됩니다.

 

펜로즈의 연구는 블랙홀이 1960년대에 특이점 문제를 연구하던 같은 해 동안 어떻게 멀리 떨어진 엄청난 빛의 발광을 발견할 수 있었는지를 설명하는데 도움을 주었습니다. 이 준항성 퀘이사(Quasars)는 블랙홀의 첫 관찰 증거였습니다. 그러나 천문학자들이 초거대 블랙홀이 거의 모든 주요 은하계의 중심에 자리 잡고 있다는 것을 자신들에게 확신시키기 위해 관측치를 축적하는 데만도 수십 년이 걸릴 것입니다. 이 물체들은 심지어 이상하게도 숙주와 공생 관계를 맺기도 합니다.

 

겐젤과 게즈의 업적은 이 노력에서 중추적인 역할을 했습니다. 그들이 개발했거나 이용했던 일련의 기술적 위업 덕분에, 두 명의 천문학자와 그들의 다른 경쟁팀은 거의 30년 동안 우리의 은하계 중심부의 먼지투성이 가스를 통과하기 위해 세계 최고의 지상 적외선 망원경을 사용해 왔습니다. 여기서 은하수의 심장 깊은 곳에서, 그들은 보이지 않는 중앙을 중심으로 수십 개의 별들이 소용돌이치고 있다는 것을 확인하였습니다. 천문학자들은 수년에 걸쳐 별들의 움직임을 추적함으로써 별들의 궤도를 그려냈는데, 이는 반드시 모두에게 강조되어야 하는 것으로, 진심으로 매우 훌륭한 위업입니다. 이 별들은 26,000광년 이상 떨어져 있고 움직이는 물방울무늬처럼 우리의 시야에 펼쳐져 있습니다.

 

이 궤도는 별들이 400만 개의 태양의 질량으로 거대하며, 보이지 않고 움직이지 않으며 압축된 무언가를 중심으로 회전하고 있다는 것을 보여주고 있습니다. 가장 좋은 예는 천문학자들이 궁수자리 A라고 부르는 거대한 질량을 가진 블랙홀이다.

 

그 팀들의 관찰은 또한 일반 상대성에 대한 두 가지 예측, 즉 중력 적색 편향과 궤도 과도현상을 확인할 수 있게 합니다. 2018년 별 S2(게스팀의 명명에 의하면 S0-2)가 Sgr A를 타고 내려가면서 블랙홀이 스스로 만드는 시공에 계곡에 잠겨있습니다. 이 기간 동안 별의 빛은 더 열심히 그들의 빛을 밝혀야 우리에게 닿을 수 있었습니다. 에너지의 손실이 빛을 붉게 만들었고, 양 팀 모두 이를 감지했습니다.

 

뒤틀린 시공간을 여행하는 것도 별의 길을 약간 이동시켰습니다. 그것이 들어오는 각도는 아주 작은 양으로 바뀌었고, 그것은 블랙홀에 가장 가까운 접근의 위치를 바꾸었습니다. 많은 경로들에 걸쳐, 이 별의 궤도는 하나의 모양 타원 대신 장미 모양으로 펼쳐질 것입니다. 겐젤의 연구팀은 올해 초 이러한 변화의 첫 증거를 보고했습니다.

 

팀 내외의 천문학자들은 두 그룹 간의 오랜 경쟁으로 인해 두 그룹이 더욱 우수해져 가고 있다고 믿고 있습니다. 독립적인 방법과 관찰로 도달한 그들의 결과는 또한 단순히 과학에서 얻기 어려울 수 있는 서로의 분석에 대한 아름다운 결과를 확인할 수 있게 서로의 데이터를 제공합니다.

 

요약하면 이번에 세상에 나타난 세 명의 노벨상 수상자들은 주목할 만한 과학자들입니다. 그러나 진정한 승자는 블랙홀이라고 주장할 수도 있습니다. 한 세기 전만 해도, 그것들은 종이에 쓰여진 단순한 숫자에 불과했습니다. 하지만 지금은, 그러했던 블랙홀들을 침대 아래에 있는 먼지 뭉치처럼 우주에서 흔하게 찾을 수 있습니다. 그리고 그것은 겐젤, 게즈 그리고 펜로즈가 그것을 실현하는데 엄청난 기여를 했다는 사실입니다. 

 

노벨 물리학 위원회는 수상자들의 작품에 대한 두 가지 훌륭한 기록, 즉 대중의 이해를 위한 상세한 설명과 보다 기술적인 과학적 배경을 문서로 발표했습니다. 이 두가지 모두 이 글에서 찾을 수 있는 정보보다 훨씬 더 자세한 정보를 다루고 있는데, 이번 노벨 물리학상에 관한 것뿐만 아니라, 노벨상을 받은 어떤 주제에 관한 것들도 읽어볼 수 있습니다.