'원시 블랙홀 속은 다른 차원의 우주'이며, 그것이 암흑물질의 정체일지도 모른다.
블랙홀은 무거운 별의 중력 붕괴에 의해 형성된다는 것이 일반적인 상식입니다.
하지만 우주에는 별의 붕괴뿐만이 아닌 고밀도의 공간자체가 붕괴하면서 형성되는 블랙홀도 있다고 알려져 있습니다.
그것은 빅뱅 직후의 초기 우주에서 탄생한 것으로 알려져 있으며, 원시 블랙홀이라고 합니다.
미국 물리학 전문지 'Physical Review Letters'의 온라인판에 2020년 10월 30일에 게재된 연구 에서는 이 원시 블랙홀이 빅뱅 직후에 무수히 많이 탄생한 또 다른 '아 우주'일 가능성을 말하고 있습니다.
마치 SF나 판타지같은 이야기같지만 이는 실제로 검증가능한 사실로 알려져있고, 이를위한 관측이 시작되고 있다고 합니다.
요약
암흑 물질의 정체는 원시 블랙홀?
원시 블랙홀 속은 또 다른 우주
암흑 물질의 정체는 원시 블랙홀?
일반인에게 생소한 원시 블랙홀은 초기 우주에서 탄생했다는 천체기원이 아닌 블랙홀입니다.
빅뱅 직후 우주는 매우 고온 고압이었기 때문에 불과 30% 정도의 밀도 차이로 그 공간 자체가 중력 붕괴를 일으켜 블랙홀을 형성했다고 여겨지고 있습니다.
이 원시 블랙홀은 나중에 호킹 박사에 의해 자세히 검증되었으며, 불과 10−8 kg(0.00000001kg) 이라는 작은 질량으로도 형성 가능하다고 이론적 으로 제시되었습니다.
아무런 방출도 일으키지 않는 보이지 않는 작은 중력원, 그것이 무수히 많이 우주에 흩어져 있을지도 모릅니다.
이말을 듣고 감을 잡는 사람이 있을지도 모르지만, 이것은 보이지 않지만 우주 중력의 80% 이상을 차지하고 있는 암흑 물질의 정체일 가능성도 지적되고 있습니다.
이는 아직 이론상의 존재에 불과하지만 중력파 망원경 'LOGO'가 최초로 관측한 블랙홀 쌍성의 기원과, 은하계 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 기원도 원시 블랙홀을 통해 자연스럽게 설명할 수 있다고 알려져 있습니다.
또한, 우주에 있어서 수수께끼중 하나인 금이나 백금등의 중원소의 생성에도 원시 블랙홀이 기여하고 있을 가능성이 있습니다.
중원소의 합성을 위해서는 대량의 중성자의 존재가 중요한데 원시 블랙홀에 중성자별이 충돌했을 경우 이 조건을 만족시킬 가능성이 높습니다.
이와 같이 우주에 감춰진 다양한 문제를 해결시킬 가능성이 있는 원시 블랙홀이지만, 한편으로 우주 초기에 일어난 빅뱅이라고 불리는 우주의 급속한 가속 팽창기에는, 그만큼 밀도의 흔들림이 없었다고 하는 것도 알고 있습니다.
즉 원시 블랙홀의 형성은 매우 드문 사건이었던 셈입니다.
따라서 원시 블랙홀의 형성은 단순히 밀도의 흔들림만이 아니라 초기 우주에 일어난 다양한 물리과정 속에서 형성되었다고 여겨집니다.
그리고 이번에 연구팀은 원시 블랙홀의 형성 메커니즘에 대해 놀랍고 대담한 가능성을 제기 했습니다.
그것은 초기 우주의 빅뱅때 태어났을지도 모르는 또 다른 우주로서의 원시 블랙홀이 형성되었을지도 모른다는 것입니다.
원시 블랙홀 속은 또 다른 우주
SF영화같은 시나리오로도 쉽게 받아들여지지 않을 이론이지만 빅뱅때 우리 우주에서 분기해 많은수의 작은 '子' 우주(다원우주)가 탄생했다는 설이 존재합니다.
즉, 우주는 하나가 아니라 복수의 다른 우주가 다수 존재하고 있을지도 모릅니다.
그리고 흥미롭게도 아인슈타인의 중력 이론에 따르면, 그 '子' 우주가 임계의 크기를 넘었을 때
안쪽과 바깥쪽의 관측자에따라 각각 '子' 우주의 경계가 다르게 보일거라고 생각되고 있습니다.
이것은 작년 노벨 물리학상을 수상한 로저 펜로즈가 예언한 현상입니다만, 그에 설명에 의하면 '子'우주의 내부에서 경계를 보았을 경우 그것이 팽창하는 우주로서 관측할 수 있고, 밖에서 보았을 경우 그것은 '사건의 지평선'으로서 관측될 수 있다고 하는 것입니다.
그것은 우리가 우주를 관측할 경우와 블랙홀을 관측할 경우에 일치하는 현상입니다.
즉 빅뱅으로 탄생한 '자(子)' 우주는 우리에게는 원시 블랙홀로서 인식되게 되는 것입니다.
또한 어쩌면 우리 우주도 다른 우주 안에있는 원시 블랙홀 일지도 모릅니다.
마치 판타지 같은 황당한 이야기로 들리겠지만, 이 다원우주의 예언과 모순되지 않는 달 질량 정도의 원시 블랙홀일 가능성이 있는 천체가 2014년에 보고된 바 있습니다.
그 천체는 하와이섬 마우나케아 산 정상에 설치된 8.2m 구경의 스바루 망원경으로 HSC(초광시야 주초점 카메라)부터 관측 되었습니다.
2014년 관측에서 HSC는 몇 분 간격으로 거대 소용돌이 은하 안드로메다 은하를 8억 7000만 화소라는 고해상도로 계속 촬영했었습니다.
이 촬영 이미지 안에 중력렌즈에 의한 빛의 경로를 구부리는 별의 밝기 변화가 관측된 것입니다.
그것은 관측하는 HSC와 안드로메다 은하 사이를 블랙홀이 가로지른 경우에 발생하는 현상이었던 것입니다.
이 중력 렌즈 효과는 별의 밝기 변화의 시간에 따라 그 사이에 들어간 블랙홀의 질량을 추정할 수 있습니다.
태양 질량의 경우에 밝기는 약 200일 정도 변화합니다.
한편 달 정도의 질량의 경우, 밝기의 변화는 30분 정도로 끝납니다.
달 질량 정도의 블랙홀이라는 것은 일반적인 블랙홀에서는 존재할 수 없는 것입니다.
즉, 그런 것이 관측된 경우는 원시 블랙홀일 가능성이 매우 높습니다.
현재 카블리 수리ㆍ물리우주연구기구(Kavli IPMU)와 로스앤젤레스 캘리포니아대 연구자들로 구성된 국제 공동연구팀이 이번 이론과 2014년 관측을 계기로 HSC를 이용한 다원우주의 원시 블랙홀 탐색을 본격화하고 있습니다.
원시 블랙홀을 둘러싼, 도저히 현실의 이야기라고는 생각되지 않는 이 놀라운 이론이 향후에 현실의 것으로 밝혀질지도 모릅니다.
참고원문은 아래링크를 참고하세요.
Exploring Primordial Black Holes from the Multiverse with Optical Telescopes
http://stylec.co.kr/shop/item.php?it_id=1589177025&cid=3156541440
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