블랙홀 2부 - 형성과 진화

형성과 진화

블랙홀의 기묘한 성질을 생각하면 그런 기묘한 물체가 존재하는지, 아니면 아인슈타인 방정식의 해를 끌어내는 과정에서 파생된 비정상적인 결과인지 의문이 들 수 있다. 아인슈타인 자신조차 블랙홀은 존재하지 않는다고 착각하고 있었습니다. 붕괴하는 입자의 각운동량이 어느 반경에서 운동을 안정시키기 때문입니다. 사건의 지평선이 형성되자 펜로즈에 의해 그것이 증명되었고, 펜로즈는 그 안에 특이점을 만들어냈다. 그 직후 호킹은 빅뱅 이론에 대한 몇 가지 우주론적 해결책이 스칼라장이나 다른 이상(펜로즈 호킹 특이점 정리)을 갖지 않은 특이점을 가지고 있음을 보여주었다. 카해, 무모정리 및 블랙홀 열역학 법칙에 따라 블랙홀의 물리적 성질은 단순하고 이해 가능하며 블랙홀을 유효한 연구 주제로 다룰 수 있음이 밝혀졌습니다.블랙홀은 주로 별의 중력 붕괴 등 무거운 물체에 의해 일어나는 것처럼 보이지만 블랙홀을 만들어 내는 다른 기묘한 과정이 있습니다.

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중력 붕괴
중력 붕괴는 천체의 내압이 자신의 중력을 상쇄하지 못할 때 일어난다. 별의 경우 별핵은 온도를 유지해 필요한 압력을 얻거나 연료가 너무 적거나 핵온도를 올리지 않는 방법으로 추가 물질을 얻으면 중력 붕괴가 일어난다. 두 가지 경우 모두 공통적인 요인은 항성의 온도가 자신의 체중을 처리하는 데 충분한 고온을 유지하고 있지 않다는 점이다. 별 감압에 의해 물질이 강하제에 응축되면 붕괴는 정지된다. 그 결과 여러 가지 농도가 생성된다. 밀도가 높은 항성의 종류는 항성 바깥층이 날아가 버린 나머지 조각들의 질량에 따라 결정된다. 이때 바깥층이 날아가는 현상은 초신성 폭발, 맥동, 행성 성운 중 하나일 가능성이 있다. 붕괴 후 질량은 붕괴 전 별의 질량보다 훨씬 적다. 붕괴하기 전에는, 20 Mfi 이상의 질량을 가지는 별의 질량은 5 Mfi를 넘는다

무거운 항성의 중력 붕괴는 항성의 질량 블랙홀 형성에 관여하고 있는 것으로 추정되고 있다. 초기의 우주에 있어서의 별의 형성중에, 매우 무거운 별이 탄생했다고 생각되고 있다. 이 별들은 수명이 끝날 무렵에 붕괴되어 103 Mfi 이상의 질량을 가진 블랙홀들을 형성합니다. 이 블랙홀들은 오늘날 대부분의 은하 중심에 있는 거대질량 블랙홀의 씨앗들이었을 것입니다
붕괴는 낙하물의 관성계에 있어서의 유한 시간 현상이지만, 먼 곳의 관측자 입장에서 보면 낙하물은 서서히 감속해, 사상 지평선상에 도달하는데에 도달하는 것처럼 보인다. (중력 시간 지연 물질로부터 발생되는 빛은, 점점 더 오래 걸리는 것 처럼 보인다. 따라서 외부 옵서버는 이벤트의 수평선이 형성되는 순간을 볼 수 없습니다. 대신 부식 물질의 붉은 기가 증가함에 따라 부식 물질은 서서히 어두워져 최종적으로는 사라지는 것처럼 보인다.

중력 붕괴는 큰 밀도를 필요로 한다. 오늘날 우주에서 이와 같은 큰 밀도는 항성 내부에서만 존재하지만 폭발 직후 초기 우주는 보다 밀도가 높고 블랙홀이 생기는 환경이었을 수 있습니다. 균등하게 분포하면 질량이 모이지 않기 때문에 고밀도만으로는 블랙홀을 형성하기에 부족하다. 이러한 높은 매질에 원시 블랙홀을 형성하기 위해서는 초기 밀도에 불균일한 변동이 있어 그 변동은 그 자체의 중력에 의해 점차 커져야 합니다. 초기 우주 모델에 따라 이러한 변동의 정도가 달라질 것으로 예측됩니다. 많은 모델은 블랙홀의 탄생을 예측하며 그 질량은 플랑크 질량에서 수십만 Mfi까지 변화한다.

 

마이크로블랙홀은 고에너지 우주선이 지구의 대기나 CERN의 입자충돌기 내부에 충돌했을 때 생겨날지도 모릅니다. 이 이론은 순수한 억측에 근거하고 있으며, 많은 전문가들은 이처럼 블랙홀이 형성될 가능성은 낮다고 보고 있습니다.마이크로블랙홀이 형성돼도 1025초 만에 증발하는 것으로 알려져 있기 때문에 지구에 대한 위협은 거의 없다. 블랙홀은 일단 형성된 추가 질량을 흡수함으로써 성장할 수 있다. 모든 블랙홀은 주위 가스나 항성 간 티끌이나 우주 전체에 존재하는 우주 배경 방사선을 항상 흡수하며 이것이 초대질량 블랙홀의 성장 과정입니다. 구형 클러스터에서 볼 수 있는 중간질량 블랙홀의 형성에 대해서도 마찬가지 과정이 예상됩니다. 블랙홀이 성장할 또 다른 가능성은 블랙홀이 별이나 다른 블랙홀과 융합할 수 있다는 것입니다. 블랙홀이 성장하기 위해 다른 천체들과 융합할 필요는 없지만, 특히 많은 작은 천체들을 잡아먹으면서 성장했다고 여겨지는 초대질량 블랙홀이 초기 성장했을 때 이 요소는 매우 중요합니다.미드머스 블랙홀도 같은 과정으로 성장할 가능성이 있습니다.