태양이 블랙홀 봅시다

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'블랙홀' 하면 떠오르는 분위기가 있어요. 어떤 것이든 상관 없이 대단한 중력으로 빨아들이는 천체, 게다가 한 번 들어가면 빛조차 빠져나올 수 없는 무서운 천체라고 하는 기분지입니다.

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블랙홀은 상상하기 어려운 천체이기 때문에 조금 오해도 하기 쉽습니다. 블랙홀 근처를 지하인은 별이 헛되이 빨려 들어가는 듯한 빠른 태생은 많은 상상력을 불러일으킵니다. 개인적으로는 내가 비록 블랙홀이 우주의 모든 것을 빨아들이지 않을까 걱정이 됐지만 블랙홀이 아주 멀리 있다는 사실을 배운 뒤 안심하기도 했다. 그렇다면 블랙홀이 쭉 있다면 어떻게 될까요? 스토리도 안 되는 생각인데 태양이 갑자기 블랙 혼자 변한다면 지구는 그 블랙홀 안으로 빨려 들어가지 않을까요?

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블랙홀로 빨려 들어가려면 먼저 충분히 접근해야 한다. 이렇게 그 거리는 우리가 소견하는 것보다 너무 작습니다. 한번 듣고 마스크를 다시 나올 수 없는 그 경계를 사건의 지평선(Event Horizon)이라고 한다. 만약 태양이 블랙홀이 되면 태양의 질량이 사건의 지평선 안으로 압축되어 갑니다. 사건의 지평선은 비교적 간단한 방법으로 정리됩니다. 가장 단순한 블랙홀 모델인 슈바르토실트 블랙홀과 소가족이 함께 했습니다. 슈바르토실트 블랙홀은 회전하지 않는 가장 간단한 블랙홀 모델로 이론상으로만 존재하는 블랙홀입니다. 그러나 블랙 홀이 형성되기 때문에 전체 질량이 사건의 지평선 안에 들어 있다는 점에서 다른 블랙 홀과 동 1 한다.

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상식에 따르면 태양 질량과 동 1 한 질량의 블랙 홀의 문제의 지평선은 약 3km이다니다. 따라서 중력은 블랙홀이 가진 질량에 의해서만 결정됩니다. 블랙홀의 중력이 매우 자신이 있다고 합니다만, 그것은 중력이 미치는 범위에 들어갔을 때의 스토리입니다. 즉, 태양이 갑자기 블랙 홀로 변신해도 하나 옥 5천만 km 떨어진 지구는 블랙 홀에 들어가지 않습니다.

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그렇다면 혹시 블랙홀로 빨려 들어가는 영향권은 언제부터 일까요? 블랙홀에 가까워지다 보면 상대론적인 효과로 더 이상 안정된 원궤도를 유지할 수 없는 지점이 생깁니다. 그 지점을 '내부 안정 궤도(Inner stable circular orbit)'로 부르는데 이건 단지 중력 반경 6배에 해당합니다. 중력 반경은 슈바르토 실트 지름의 절반으로 계산할 수 있습니다. 상대론에서는 질량이 나쁘지 않고 시각과 같은 물리량을 길이의 단위로 대체하기 때문에 위와 같이 표현되어 있습니다.태양이 블랙홀이 되어도 태양계 행성은 별다른 의문이 없지만 태양 근처를 지나는 소행성의 궤도는 바뀔 것입니다. 태양 블랙 홀의 중력 반경 6배인 9km에서는 상대론적 효과로 안정된 원궤도를 유지하는 것은 어렵습니다.

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지금은 회전하지 않는 슈바르토실트 블랙홀을 가족으로 하고 있었지만, 실제로 우주에 존재하는 블랙홀은 회전하고 있습니다. 블랙홀이 회전하면 공간 자체를 끌어당기는 힘이 생기기 때문에 이 경우 문재의 지평선도 커집니다. 하지만 가장 중요한 것은 블랙홀의 질량입니다. 블랙홀의 질량이 무한대가 아닌 이상 하나정의 경계를 넘어 흡입하는 것은 불가능하다. ​ 우리 은하 한가운데에 있는 거대 질량 블랙 홀은 태양 질량의 4백 만배나 크지만 그 직경은 불과 18배 정도밖에 안 됩니다. 그에 비해 우주 공간은 택무과의 넓이가 늘었습니다. 태양에서 가장 가까운 별이 약 4광년, 이를 km로 환산하면 약 40,000,000,000,000km입니다. 즉, 블랙홀이 빨려 들어갈 수 있는 적정 범위는 우주의 공허한 범위와 비교해 매우 좁습니다.

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역시 블랙홀의 강력한 중력은 물질을 끌어당기기보다 주변 물질을 가속시켜 블랙홀 안이 아닌 다른 방향으로 던져버리는 경우가 더 많습니다. 실제 블랙 홀로 가는 물질의 90퍼센트는 들어가지 않은 채 밖으로 다시 분출합니다. 분출된 물질은 다른 별을 만드는 연료가 되거나 성간 물질로 돌아가거나 합니다. 많은 사람들이 블랙홀을 '모든 것을 빨아들인다'는 의미로 여러 분야에서 사용하고 있습니다. 하지만 블랙홀을 가지고 있는 만큼만 빨아들이고 남은 만큼은 뱉어낸다는 의미로 사용해보면 어떨까요? 어떻게 빨아들인다 해도 사람들의 관심을 끈다는 점에서 블랙홀만한 단어도 없는 것 같습니다.

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