우주의 탄생과 거의 동시에 태어난 극소 사이즈의 블랙홀이 항성 안에 포착되어 별을 안쪽에서 삼키고 있다는 가설을 제창하는 연구가 2023년 12월부의 학술지 The Astrophysical Journal에서 발표되었습니다. 블랙홀을 내부에 가지는 별의 존재가 입증되면 낙오성이라는 통상은 생각할 수 없는 위치에 존재하는 별에 대한 이해가 깊어질 것으로 기대되고 있습니다.
Atom-size black holes from the dawn of time could be devouring stars from the inside out, new research suggests | Live Science
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Atom-size black holes from the dawn of time could be devouring stars from the inside out, new research suggests
New research suggests that if tiny primordial black holes created during the Big Bang exist, some of them may have been snared by stars and are now forced to eat their way out.
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우주의 모든 것이 한 지점에서 발생한 빅뱅에서는 그 초고밀도에 의해 블랙홀이 발생할 수 있다고 생각됩니다. 우주의 탄생으로부터 1초 이내에 태어나 우주의 곳곳에 흩어져 있는 원시 블랙홀은 다크마터의 정체 중 하나로서 유망시되고 있습니다.
독일의 막스플랑크 천체물리학연구소 아르 벨린저 씨는 "원시 블랙홀이 있다면 엄청난 속도로 은하계를 가로지르고 있을 것이라고 생각됩니다. 별에 충돌하면 대부분은 탄환처럼 별을 뚫을 것입니다. 느린 일부 블랙홀은 항성에 갇혀있을 수도 있습니다. 그렇다면 원시 블랙홀의 발견도 불가능하지 않을 수 있습니다"라고 설명했습니다.
이 이론에 대한 연구를 The Astrophysical Journal에서 발표한 벨린저 씨는 논문에서 두 가지 가능성을 제시했다.
첫 번째는 항성에 갇혀있는 블랙홀이 너무 작아 전혀 영향을 미치지 않는 경우입니다. 블랙홀은 흔히 우주의 모든 것을 삼켜서 자라는 몬스터에 비유되는데 질량이 너무 작으면 거의 물질을 삼킬 수 없기 때문에 항성의 안쪽이라는 무제한 뷔페같은 장소에 빠져도 우주가 끝날 때까지 질량을 두배로 할 수도 없을지도 모른다고 합니다.
두 번째 가능성은 블랙홀이 별을 내부에서 소비하기에 충분할 정도로 성장하는 경우도 남아 있습니다. NASA에 의하면 원시 블랙홀의 질량은 종이 클립의 10분의 1부터 태양의 10만 분의 1까지로 보는데 소행성이나 준행성에 가까운 질량을 가진 원시 블랙홀이라면 자신을 가둔 항성에 눈에 보이는 영향을 줄 수 있습니다.
물리학자 스티븐 호킹이 제창한 것으로부터 "호킹스타"라고도 불리는 내부에 블랙홀을 가진 천체에서는 원시 블랙홀이 항성을 안쪽에서 흡수하는 과정에서 잉여 에너지가 방출됩니다. 그 결과 항성은 붉은 거성처럼 팽창하지만 태양 정도의 항성이 연료를 소모하여 적색거성이 될 때와 같은 온도 상승은 일어나지 않습니다.
천문학자들은 이런 상식을 벗어난 저온의 적색거성인 '적색낙오성'을 이미 500개 정도 찾아냈습니다. 벨린저 씨는 이번 연구에서 이 적색낙오성이 호킹스타의 후보가 될 가능성이 있다고 보았습니다.
호킹스타의 중심부에 블랙홀이 존재한다는 것은 적색낙오성이 별 진화의 경로에서 벗어나는 현상을 설명 가능할 수 있습니다. 그러므로 적색낙오성의 맥동과 진동을 관찰함으로써 그 별의 안쪽에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 파악할 수 있습니다.
벨린저 씨는 원시 블랙홀이 우주 전체에 흩어져 있다고 보는데, 콩알 이하의 크기나 고속으로 날아가고 있을 가능성이 있기 때문에 별의 내부에 잡히지 않은 원시 블랙홀의 발견은 매우 곤란합니다.
벨린저 씨는 “블랙홀을 찾는 작업은 본래 어려운 일인 데다 우리가 찾고 있는 블랙홀은 소행성만큼의 질량밖에 없는 수소원자 사이즈의 블랙홀입니다. 우리는 대부분의 원시 블랙홀이 항성 밖에 있고 은하를 방황한다고 생각합니다. 평균적으로 우리 태양계에도 하나가 있다는 계산이 나옵니다"라고 설명했습니다.
연구팀은 향후 블랙홀이 어떻게 별을 내부에서 포식하는지를 검증하고, 그 결과를 바탕으로 호킹스타의 후보가 되는 맥동을 관측함으로써 그 코어가 블랙홀을 품고 있는지를 파악하는 연구를 진행할 예정입니다.
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