Size of Black Holes

주로 제가 관심을 가지고 있는 블랙홀은 질량이 ~10 TeV 정도의 '미니' 블랙홀입니다. 누구나 호주머니에 넣고 다닐 수 있겠죠?
블랙홀에 대한 발표를 준비하면서 현재까지 알려진 그리고 관측적으로 검증된 블랙홀에 대한 정보들을 정리하고 있는데 대략 요약해 보겠습니다.

우리 우주에 존재하고 있는 (혹은 존재 하고 있다고 관측 결과/이론이 말해주는) 블랙홀의 사이즈는 대략 다음과 같은 큰 카테고리로 나눌 수 있고, 각각 다른 종류의 현상을 만들어 내게 됩니다. 물론 생성 메커니즘도 모두 다르다고 봐야할 것 입니다.

1. 초거대 블랙홀 (Supermassive black hole):

**Chandra X-ray observatory에서 찾은 초거대 블랙홀이 별을 '찢는' 모습.
[출처=RX J1242-11: Giant Black Hole Rips Star Apart ]

이 종류에 속하는 블랙홀은 그 질량이 태양의 백 만배에서 십 억배 ( Millions - Billions times solar mass) 정도에 달하고, 대부분의 은하 중심에 위치하고 있다고 여겨집니다. 우리 은하(은하수, Milky-way) 중심에도 물론 존재한다고 천문학자들은 말하고 있습니다. 이런 초거대 블랙홀이 최근 피에르-오제 등 고에너지 우주입자 검출실험에서 검출된 EeV 입자의 근원지라고 여겨지고 있습니다.

2. 중간 질량 블랙홀 (Intermediate Black hole):

**허블 망원경이 발견한 중간 질량 블랙홀을 포함한 Globular Cluster M15와 G1
[출처: hubble Site ]

대략 태양 질량의 수 천배 정도의 블랙홀로 높은 루미노시티 X-선의 소스가 되는 천체로 알려져 있습니다.

3. 별 사이즈 블랙홀 (Stellar-mass Black hole):

**유명한 Cyg X-1 블랙홀 후보.
[츨처: Faulkes Telescope]

소위 톨만-오펜하이머-볼코프 리밋 으로 알려진, 중성자 별의 최대 질량 (1.5-3.0 solar mass) 이상 대략 15 solar mass 정도 되는 블랙홀로 그야말로 별이 붕괴하여 생성된 블랙홀이 이 범주에 속합니다. 대략 십여개의 이 범주에 속하는 블랙홀 후보들이 발견되었습니다.

4. 미니 블랙홀

이 범주에 속하는 블랙홀은 플랑크 질량에 근접한 아주 작은 질량만을 가진 블랙홀로 입자의 고에너지 충돌을 통해서도 만들어질 여지가 있습니다. (물론 '플랑크 질량' 보다 더 큰 에너지를 내는 가속기가 필요하겠죠?) Randall-Sundrum 의 모형등이 예측하는 낮은 에너지 중력이론이 맞는 경우 우리는 이 사이즈의 블랙홀에 대한 정보를 수년내에 볼 수 있을 것으로 기대합니다.

아래 만화는 유명한 카투니스트 S. Harris (사이언스카툰스플러스)의 미니 블랙홀과 관련된 재미난 작품입니다.

(번역: 지난번에 듣기론 메드윅이 연구실에서 모형 블랙홀을 연구하고 있다던데.)

(미니 블랙홀에 관한 글은 제 블로그 곳곳에서 찾으실 수 있겠지만) 위 카툰의 사고는 다행스럽게도 실제론 발생하지 않을 것입니다. 일단 이론적으로 미니 블랙홀의 라이프 타임은 그 질량에 반비례 하며 작은 블랙홀 일수록 더욱 짧은 시간 밖에 존재할 수 없습니다. 기본적으로 작은 블랙홀은 더욱 뜨겁고 따라서 더 빠르게 입자들을 방출하기 때문입니다. 혹시 이론이 틀렸을 경우 LHC 혹은 그 어떤 입자 가속기 실험도 우리 지구를 삼켜버리지 않을까 걱정이 있겠습니다만, 실은 우주 입자의 폭격을 이미 받고 있는 지구가 여전히 멀쩡하다는 사실 자체가 이론이 틀리지 않았음을 간접적으로 증명하고 있기 때문에 저는 블랙홀에 의한 지구 소멸에 대비한 보험에는 가입하지 않을 생각입니다. ^^