블랙홀은 활발한 논의와 발견이 이루어지고 있는 천체인데, 우주가 탄생한 초기에는 '블랙홀 별(Black Hole Star)'이라 불리는 초거대한 천체가 존재했다고 합니다. 그런 블랙홀 별의 성립과 성질에 대해 과학계 YouTube 채널인 Kurzgesagt가 애니메이션으로 설명했습니다.
Black Hole Star – The Star That Shouldn't Exist - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=aeWyp2vXxqA
별의 중심에 블랙홀이 존재하는 블랙홀 별은 우주가 형성된 초기의 짧은 기간에만 존재가 가능했던 천체라고 생각됩니다.
블랙홀 별의 직경은 태양의 80만 배 이상으로 알려진 최대 크기의 항성인 스티븐슨 2-18에 비해 380배로 지금까지 존재했던 천체로서 가장 큰 별이었다고 볼 수 있습니다.
일반적으로 새로운 항성은 수소가스가 모인 거대한 구름 중에서 가장 밀도가 높은 장소에 물질이 모여 큰 열과 압력이 발생하여 핵융합 반응이 발생해 탄생합니다.
이러한 별들은 핵융합에 의한 방사선의 방출과 그것을 밀어 넣는 중력 사이에서 성장하게 됩니다.
무거운 항성이 수명을 다해 핵융합 반응이 정지하면 중력붕괴를 일으킵니다.
한편 블랙홀 별이 존재하고 있던 빅뱅으로부터 수억 년 후의 우주는 현재보다 좁고 고밀도인 고온이었다고 생각되고 있습니다.
초기 우주에서는 암흑물질이 모인 '다크마터 헤일로'라는 거대한 구조가 형성되어 대량의 수소가스를 도입함으로써 최초의 별이나 은하를 낳았다고 합니다.
다크마터 헤일로의 강한 중력에 의해 형성된 별은 반복해서 수소가스가 누적되어 믿을 수 없는 크기로까지 성장했다고 합니다.
질량과 압력이 너무 큰 별은 균형을 유지할 수 없으며 초신성 폭발이 발생해도 별은 파괴되지 않습니다.
그 때문에 이 별의 중심에는 핵이 되는 블랙홀이 존재하고, 이런 과정으로 블랙홀 별이 탄생합니다.
일반적으로 블랙홀에 흡수되는 물질은 블랙홀 주위를 돕니다.
돌던 물질은 입자간의 마찰에 의해 온도가 올라가고 방사선을 내 주위의 다른 물질을 날려버립니다.
그 결과 블랙홀은 느린 성장을 이루게 됩니다.
한편 블랙홀 별에서는 블랙홀 주위의 거대한 압력에 의해 물질이 직접 블랙홀에 밀려들어 갑니다.
매우 과격한 이 과정은 더 많은 에너지가 방출되고 어떤 별의 중심부보다 고온이 될 것으로 추정됩니다.
그 때문에 격렬한 방사압이 방출되어 블랙홀 별은 점점 팽창해 갑니다.
태양계의 30배 이상의 크기가 된 블랙홀 별은 블랙홀의 극에서 플라즈마 제트를 뿜어내고 별을 뚫고 우주로 튀어나옵니다.
최종적으로 너무 활발해진 블랙홀은 블랙홀 별 본체를 날려버렸다고 추정됩니다.
우주 최대의 수수께끼 중 하나인 은하의 중심에 존재하는 초대질량 블랙홀은 현대의 천문학으로는 설명을 할 수 없기 때문에 블랙홀 별의 존재가 인정됨으로써 설명할 수 있을지도 모른다고 생각되고 있습니다.
일반적인 블랙홀은 수십억 년을 거쳐 천천히 성장하는 반면 일부 초대질량 블랙홀은 빅뱅으로부터 불과 6억 9000만 년 후에는 탄생했다고 생각되고 있으며, 블랙홀 별에 의한 블랙홀은 초대질량 블랙홀의 기초가 되었을 가능성이 있다는 것.
제임스웹 우주망원경은 기존에는 관측이 불가능했던 초기 우주의 관측이 가능하다고 여겨지고 있어 블랙홀 별의 존재를 관측할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
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