블랙홀은 오래 전부터 흥분과 호기심을 불러일으켜 왔다. 그리고 중력파가 발견된 지금, 블랙홀에 대한 관심은 분명 더 커질 것이다.
블랙홀에 대한 ‘진짜’ SF는 어떨지, 그리고 ‘스타게이트’에 나오는 것 같은 웜홀이 실제로 있는지에 대한 질문을 나는 많이 받는다. 예외 없이 등장하는 주제는 블랙홀이 이론적으로 인간과 지구에 어떤 소름 끼치는 영향을 미칠 것인가, 이다.
질량, 전하, 회전
블랙홀에는 (원칙적으로) 세 가지 측정 가능한 속성이 있다: 질량, 회전(각운동량), 전체적 전자 전하다. 블랙홀을 구성하는 다른 것에 대한 모든 정보는 사라졌기 때문에, 외부의 관찰자가 알 수 있는 것은 이 세 가지가 유일하다. 이것은 ‘무모(無毛)의 정리(또는 털없음 정리 no-hair theorem)’라고 한다. 간단히 말하면, 이 세 가지 속성을 제외하면 모든 블랙홀은 정확히 같은 모양과 성질을 가진다는 뜻이다. 털은 블랙홀을 구분하는 특성을 의미한다.
이중 가장 중요한 것은 질량이라고 할 수 있다. 블랙홀의 정의 자체가 ‘특이점’, 즉 부피는 0이고 질량은 무한대의 밀도로 압축된 것이기 때문이다. 그리고 주위의 물체들에게 ‘피해’를 주는 것은 블랙홀의 질량 – 그리고 그 질량이 일으키는 어마어마한 중력 – 이다.
우주 스파게티
블랙홀 가까이에 있을 때 받게 되는 영향 중 가장 유명한 것으로는 ‘스파게티화’가 있다. 쉽게 말해, 블랙홀에 너무 가까이 다가가면 스파게티처럼 몸이 늘어난다는 것이다.
몸에 가해지는 중력의 변화 때문에 일어나는 일이다. 발부터 블랙홀에 접근한다고 생각해 보자. 발이 블랙홀에 더 가깝기 때문에, 머리보다 더 강한 중력을 받게 된다. 팔은 몸 중앙에 있는 게 아니기 때문에, 머리와는 조금 다른 (벡터) 방향으로 끌려가게 된다. 그러면 몸 말단에 있는 부위들이 안으로 끌려 들어간다. 그래서 몸이 전체적으로 길어질 뿐 아니라 가운데 부분이 얇아지게(혹은 압축되게) 된다. 그래서 당신의 몸이나 지구와 같은 모든 물체들은 블랙홀의 중심에 가기 전에 스파게티 같은 모습이 된다.
이런 힘이 견딜 수 없어지는 시점은 블랙홀의 질량에 따라 달라진다. 질량이 큰 별의 붕괴로 만들어지는 ‘평범한’ 블랙홀의 경우 사상의 지평선(어느 것도 블랙홀의 중력에서 탈출할 수 없게 되는 지점)에서 수백 킬로미터 떨어진 곳일 수 있다. 그러나 우리 은하의 중심에 있는 것으로 생각되는 블랙홀 같은 초질량 블랙홀의 경우, 중심에서 수만 킬로미터 떨어진 곳에서도 스파게티가 되기도 전에 사상의 지평선 아래로 들어갈 수 있다. 사상의 지평선 밖의 먼 곳에서 관찰하는 사람에게는 시간이 갈수록 우리가 점점 느려지며 조금씩 사라지는 것으로 보일 수 있다.
지구에는 나쁜 소식
만약 블랙홀이 갑자기 지구 옆에 짠 하고 나타난다면 어떤 일이 생길까? 우리 지구는 스파게티화를 일으키는 중력의 영향을 받을 것이다. 블랙홀에서 가장 가까운 지구 표면 부분은 먼 곳보다 훨씬 더 큰 힘을 받을 것이다. 그래서 행성 전체의 종말이 곧 다가올 것이다. 우리는 끌려 가게 된다.
그리고 정말 거대한 초질량 블랙홀이 우리를 사상의 지평선 아래로 삼켜 버리면 우리는 그 가실을 알아차리지도 못할 수도 있다. 적어도 잠깐 동안은 모든 것이 예전과 똑 같은 모습일 것이다. 이 경우에는 재앙이 닥치기까지 시간이 조금 있다. 하지만 너무 걱정할 필요는 없다. 블랙홀과 만나려면 정말 재수가 없어야 하는 데다, 블랙홀에 삼켜진 이후에도 홀로그래픽이 되어 계속 살 수 있기 때문이다.
복사열 주의
흥미롭게도 블랙홀은 꼭 검은 것은 아니다. 퀘이사 – 블랙홀의 힘을 받는 먼 은하계 중심에 있는 것 – 은 굉장히 밝다. 퀘이사가 위치한 은하계 전체를 다 합친 것보다 퀘이사가 더 밝을 수도 있다. 블랙홀이 새로운 것을 잡아먹을 때 나오는 빛이다. 정확히 말하면, 이 물질은 아직 사상의 지평선 밖에 있고, 그래서 우리가 볼 수 있는 것이다. 사상의 지평선 아래에서는 아무것도, 심지어 빛조차 탈출하지 못한다. 물질들은 블랙홀에 먹히며 빛을 낸다. 우리가 퀘이사를 볼 때 보이는 빛이 이것이다.
그렇지만 블랙홀 주위를 공전하거나 근처에 있는 물체에겐 이건 문제가 된다. 굉장히 뜨겁기 때문이다. 우리는 스파게티화되기 훨씬 전에 이 복사열에 홀랑 타버릴 것이다.
블랙홀 주위의 생명체
‘인터스텔라’를 본 사람이라면 블랙홀 주위를 공전하는 행성을 기억할 것이다. 생명이 있으려면 에너지나 온도차의 근원이 있어야 한다. 블랙홀이 그런 근원이 될 수 있긴 하지만, 블랙홀이 물질을 잡아먹는 것을 멈춘 상태여야 한다. 그렇지 않으면 복사열이 너무 강해 근처의 행성에 생명이 존재할 수 없다.
그런 행성(물론 스파게티화 되지 않을 정도의 거리가 있어야 한다)의 생명체가 어떤 모습일지는 다른 문제다. 행성이 받는 에너지는 지구가 태양에서 받는 것에 비하면 미미할 것이다. 그리고 그런 행성의 환경은 전반적으로 특이할 것이다. ‘인터스텔라’를 만들 때 영화 속 블랙홀 묘사를 정확하게 하기 위해 킵 손에게 자문을 구했다. 이런 요소들 때문에 생명의 존재가 불가능한 것은 아니다. 생명이 존재할 가능성이 낮고, 만약 있다면 어떤 형태일지 예측하기 어려울 뿐이다.
허핑턴포스트US의 What Would Happen If Earth Fell Into A Black Hole?를 번역, 편집한 것입니다.
허핑턴포스트에 문의하기