블랙홀은 최근에 빛에 들어 왔습니다. 작년에, 전 세계 망원경 네트워크가 인근 은하의 중심에있는 초대형 블랙홀의 실루엣을 빛났다. 중력파 탐지기는 이제 보이지 않는 먼 블랙홀 충돌의 진전을 정기적으로 감지합니다.
올해의 노벨 물리학상은 블랙홀의 존재를 간접적으로 확립 한 초기 작업으로 수상되었습니다. 노벨위원회에 따르면 영어 수학 물리학 자 로저 펜 로즈 (Roger Penrose)는 1965 년 논문에서“블랙홀 형성이 일반 상대성 이론에 대한 강력한 예측”을 보여주는 상을 절반 상승했다. 나머지 절반은 라이벌 천체 물리학자인 Reinhard Genzel과 Andrea Ghez가 공유했습니다. 그는 은하수의 중심을 궤도로 끄는 별을 획기적으로 관찰하여 초대적이고 보이지 않는 소형 대상이 거기에 있어야한다고 제안했습니다.
.Ghez는 오늘 아침“첫 번째 일은 의심입니다.”라고 말하면서 2000 년대 초에 중요한 관찰을했을 때 은하수의 중심에 블랙홀이 있음을 드러 냈을 때 그녀의 마음을 겪었을 때 물었을 때 말했다. “의심과 흥분. 당신이보고있는 것에 항상 질문을 해야하는 연구의 국경에 있다는 느낌.”
.20 년 후, 블랙홀과 우주에서의 중요한 역할에 대해 더 이상 의심의 여지가 없습니다.
블랙홀이란 무엇입니까?
블랙홀은 중력이 적은 공간 내에 포장 된 많은 물질을 포함하는 영역입니다. 중력은 런 어웨이 효과를 가져옵니다.이 문제는 단수라고하는 엄청난 밀도의 중심 지점으로 무너집니다. 특이점의 특정 거리 내에있는 모든 것은 중력으로 갇히게되어 안쪽으로 떨어질 예정입니다. 이벤트 호라이즌이라고 불리는 블랙홀의 구형 표면 안에 들어가는 빛조차도, 블랙홀을 보이지 않게 만듭니다.
블랙홀을 시각화하는 일반적인 방법은 2 차원 시트가 깔때기로 뻗어있는 것입니다. 너무 멀리 가면 뒤로 올라갈 수 없다는 것을 알게 될 것입니다. 그러나 깔때기를 3 차원으로 묘사하십시오.
어떤면에서 블랙홀은 엄청나게 간단합니다. 그들은“머리가 없음”을 가지고 있다고 말하며, 이는 모든 독특한 특징이 형성 될 때 씻겨지는 것처럼 보입니다. 각각은 질량, 전하 및 각 운동량 만 특성화 될 수 있습니다.
그러나 외부에서 단순 해 보이지만 블랙홀은 내부에 깊이 신비합니다. Albert Einstein의 일반적인 상대성 이론은 시공간의 곡률이 블랙홀 특이점에서 무한 해지지 만 물리적으로 불가능하다는 것을 예측합니다. 이 대상은 이론이 불완전해야 함을 보여줍니다. 물리학 자들은 블랙홀 특이성을 이해하기 위해 무중력 이론을 생각해 내야한다고 생각합니다.
블랙홀은 어떻게 형성됩니까?
물질이나 에너지가 조밀하게 포장 될 때 블랙홀이 형성됩니다. 얼마나 밀도가 좋습니까? 블랙홀을 형성하려면 지구는 핑거 볼보다 작은 구로 줄어들어 야합니다.
빅뱅 중에 그러한 작은 블랙홀이 형성되었을 수도 있지만 (이들은 우주의 누락 된 암흑 물질을 포함 할 수있는“원시 블랙홀”으로 알려진 가상의 실체입니다), 오늘날 우주에서 관찰 된 것은 더 큽니다. 그들은 일반적으로 해가 연료가 부족한 것보다 적어도 10 배 더 거대한 별이 형성 될 때 형성됩니다. 외부 방사선 압력이 더 이상 중력의 내부 울림에 대항 할 수 없기 때문에 별의 핵심은 내면으로 붕괴됩니다. 이벤트는 일반적으로 초신성이라는 극적인 폭발과 함께.
.덜 확실성은 Sagittarius a라는 4 백만의 민중 블랙홀과 같이 초대형 블랙홀의 형성을 둘러싸고 있습니다. 이 거대들은 은하들이 주변에서 구체화되면서 우주의 첫 10 억 년 안에 형성되었을 것입니다. 그러나 그들이 중력으로 블랙홀로 무너지고 천문학적으로 자랐거나, 혈장의 거대한 주머니가 직접 붕괴되어 형성된 별으로 시작했는지 여부는 여전히 열린 질문으로 남아 있습니다. 앞으로 몇 년 동안 James Webb Space Telescope의 매우 먼과 젊은 은하에 대한 관찰은 퍼즐을 해결할 수 있습니다.
Roger Penrose는 블랙홀에 대해 무엇을 알아 냈습니까?
로저 펜 로즈 (Roger Penrose)는 1965 년에 퀘이사 (Quasars)라고 불리는 초강성 대상을 발견 한 지 얼마되지 않아 주요 기여를했다. 이 물체들은 너무 밝아서 연구자들이 가설을 세웠으며, 이는 초고속의 초대형 물체로 떨어지는 재료의 빛이 될 수 있습니다. 블랙홀이 아인슈타인 이론의 수학적 인공물인지 또는 그들이 실제로 우주에서 형성되는지에 대한 수십 년의 질문에 대한이 새로운 관심은
Penrose는 그들이 할 수 있음을 보여주었습니다. 실제로, 그는 그들이 필연적으로 그렇게한다는 것을 보여 주었다.
그때까지, 연구자들은 1916 년 Karl Schwarzschild의 가장 간단한 종류의 블랙홀 인 아인슈타인 방정식의“Schwarzschild 솔루션”과 같은 물체가 실제로 가능했는지 여부를 파악하려고 노력했습니다. 이러한 이론적 솔루션은 중력 붕괴를 수행하는 재료가 완벽한 구체라는 단순화 가정하에 만 연구되었다. 문제는 그 결과 특이점이 단순히 완벽한 구형 대칭의 인공물인지 여부였습니다.
Penrose는 1965 년 논문에 담은“구형 대칭으로부터의 편차는 시공간 특이점이 발생하는 것을 막을 수 없다”고 보여 주었다. 다시 말해, 별이 왜곡 되더라도 여전히 한 지점으로 무너집니다. 그는 표면이 시공간 내부에있는 방식을 분석하기위한 현재 유명한 다이어그램 체계뿐만 아니라“갇힌 표면”의 개념을 도입함으로써 이것을 보여 주었다. 정기적 인 표면과는 달리, 어느 방향 으로든 빛의 광선을 촬영할 수있는 경우, 갇힌 표면은 닫힌 2 차원 표면으로, 더 이상 구들이 왜곡 될 때에도 구체가 더 이상 한 방향으로 갈 수 있도록 허용합니다.
.Penrose는 갇힌 표면 내부에서 공간 및 시간 스위치의 치수가 역할을 발견했습니다. 시간은 중심을 향한 방향이므로 블랙홀을 탈출하는 것은 시간을 거슬러 올라가는 것만 큼 불가능합니다. Penrose는 Stephen Hawking과 함께 곧 우주 전체에 비슷한 분석이 적용됨을 보여주었습니다. 빅뱅에 물질과 에너지가 밀집되어있을 때 특이점이 필연적으로 존재했을 것입니다.
.우리는 어떻게 블랙홀을 관찰합니까?
우리는 여러 가지 방법으로 그들의 보이지 않는 존재를 감지합니다. 중력파 감지기는 시공간의 결과 스트레칭 및 압박을 측정하여 블랙홀 충돌을 감지합니다. 이벤트 Horizon Telescope는 전 세계 망원경 네트워크를 사용하여 놀라 울 정도로 높은 해상도에서 초대형 블랙홀의 이벤트 지평선 밖에서 밝은 빛의 고리를 볼 수 있습니다. 그러나 그러한 직접적인 관찰은 지난 5 년 동안 만 발생했습니다.
1960 년대부터 천문학 자들은 Quasars라는 먼 물체에 의해 방출 된 막대한 양의 에너지를 관찰하기 시작했습니다. 연구원들은 퀘이사가 실제로 엄청난 양의 가스와 먼지를 당기고있는 초대형 블랙홀이라고 의심했다. 같은시기에 망원경은 별에서 나오는 엑스레이를 발견했습니다. 연구원들은 궁극적으로 보이지 않는 동반자 블랙홀이 별의 문제를 빨아 내고 빛을 생성해야한다고 결론 지었다.
.우리 은하수의 중심에있는 블랙홀에 관해서는, 그 존재의 첫 번째 힌트는 1931 년에 선구적인 라디오 천문학 자 Karl Jansky가 별자리 궁수 자리의 방향에서 나오는 무선 신호를 관찰했을 때 발견되었습니다. 그 후 1974 년 라디오 천문학 자 브루스 발릭 (Bruce Balick)과 로버트 브라운 (Robert Brown)은 궁수 자리 A*로 알려진 은하계의 밝고 소형 대상을 지적했습니다. 1990 년대의 추가 관찰은 은하 센터에 슈퍼 무거운 물체의 존재에 대한 더 많은 증거를 쌓았지만 천문학 자들은 이러한 중심 앵커가 초대형 블랙홀임을 확실히 보여주기 전에 더 나은 기술과 영리한 새로운 관찰 전략이 필요했습니다.
Genzel과 Ghez는 어떻게 궁수 자리 A*가 초대형 블랙홀임을 증명 했습니까?
그들은 매우 가까이 스윙하는 별의 움직임을 추적했습니다. 궁수 자리 A*가 확장 된 재료 클러스터 인 경우, 통과하는 별은 여러 방향에서 끌어 당기고 결과 궤도가 눈에 띄지 않을 것입니다. 그러나 소형 초대형 블랙홀이라면 별은 고속으로 채찍질을해야합니다.
망원경은 1990 년대에 Ghez와 Genzel이 올 때까지 이러한 궤도를 정확하게 추적하는 데 필요한 공간 분해능이 부족했습니다. 두 팀 모두 지구 대기의 흐림을 제거하기위한 접근 방식을 개척했습니다. Speckle Imaging이라는 첫 번째 기술은 여러 간단한 노출을 결합하여 각각 대기 왜곡을 피할 수있을 정도로 짧습니다. 그런 다음 적응성 광학이라고 불리는보다 진보 된 접근 방식은 더 미세한 관찰을 허용했습니다. 적응 형 광학에서는 레이저가 밤하늘로 빛나고 망원경에 의해 동시에 이미지화되는 "인공 별"을 만듭니다. (Ghez의 그룹은 하와이의 Keck Observatory를 사용했고 Genzel은 칠레의 매우 큰 망원경과 함께 일했습니다.) 인공 별은 분위기가 이미지를 왜곡하는지 정확히 보여줍니다. 알고리즘은 이러한 효과에 대응하는 방법을 알아 내고 작은 액추에이터는 망원경 거울 모양을 변형시켜 왜곡을 실시간으로 제거합니다.
두 팀 모두 S2라는 특정 스타에 집으로 돌아 왔는데, 그의 궤도는 은하석의 궁수 자리 A*를 던졌습니다. 2000 년대 초반, S2의 궤도는 다른 여러 별장의 궤적과 함께 궁수 자리 A*가 4 백만 개의 태양열을 포함하더라도 지구와 태양 사이의 거리의 125 배 미만을 측정한다고 지적했습니다. 그것은 단지 초대형 블랙홀 일 수 있습니다.
