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영상을 통해 우리는 현재 일어나고 있는 일을 다양한 관점에서 경험할 수 있다.
시뮬레이션에서는 두 가지 시나리오를 보여준다.

비디오: 블랙홀로의 가상 추락
NASA 시각화를 통해 사건의 지평선을 통과하는 가상 비행 가능

돌아오지 않는 여정:
블랙홀에 너무 가까이 다가가서 빨려 들어가면 어떻게 될까? 이것은 이제 NASA의 시각화로 표시된다. 물리적 계산을 기반으로 한 시뮬레이션을 통해 우리는 초대질량 블랙홀의 사건 지평선과 그 너머까지 가상 여행을 떠날 수 있다. 영상을 통해 우리는 현재 일어나고 있는 일을 다양한 관점에서 경험할 수 있다. 

<이것이 블랙홀로의 추락이 일어나는 방식이다.© NASA/Goddard Space Flight Center/J. Schnittman and B. Powell>

블랙홀은 돌아올 수 없는 장소로 여겨진다. 시공간 구조에서 이러한 중력 깔때기의 인력이 너무 강해서 아무것도 빠져나갈 수 없기 때문이다. 바로 근처의 중력 효과는 별 전체를 찢어놓기에 충분하다. 빛이 블랙홀에 너무 가까워지면 왜곡되거나 삼켜지거나 사건의 지평선 주위의 원형 경로로 강제 이동된다. 이 광자 고리에는 방사선이 타임캡슐처럼 갇혀 있다.

시뮬레이션에서는 두 가지 시나리오를 보여준다.

하지만 우주비행사가 블랙홀에 접근하면 어떻게 될까? 그리고 그것이 사건의 지평선을 넘어가면 어떻게 될까요? NASA 연구원들이 물리적 모델을 기반으로 만든 새로운 시각화가 바로 이것이었다. NASA 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 제레미 슈니트만(Jeremy Schnittman)은 "상상하기 어려운 이러한 과정을 시뮬레이션하는 것은 추상적인 상대성 이론 수학을 실제 우주의 결과와 연결하는 데 도움이 된다"고 설명했다.

"나는 두 가지 다른 시나리오를 시뮬레이션했다. 한 시나리오에서는 죽음에 맞서는 우주비행사를 대표하는 카메라가 사건의 지평선 가까이 날아갔다가 다시 버려졌다"고 Schnittman은 말했다. 두 번째 시나리오에서는 카메라가 사건의 지평선을 넘어 돌아올 수 없는 지점을 넘는다. Schnittman은 “이것이 그의 운명을 결정지었다”고 말했다.

목표: 초대질량 블랙홀

블랙홀로의 가상 여행의 목표는 은하수 중심의 중앙 블랙홀인 궁수자리 A*와 유사한 표본이다. 이와 유사하게 가상 중력 거인은 약 430만 태양 질량을 포괄한다. 이 블랙홀의 사건 지평선은 직경이 약 2,500만km로 태양에서 지구까지 거리의 약 17%에 해당한다. Schnittman은 "선택권이 있다면 그러한 초대질량 블랙홀에 빠지는 것을 선택해야 한다"고 말했다.

이유:
초신성 폭발 중에 거대한 별에 의해 형성된 항성 블랙홀은 훨씬 작지만 더 잔인하다. “이 블랙홀은 태양 질량의 약 30배에 불과하므로 사건의 지평선이 훨씬 더 작다”고 천체 물리학자는 설명했다. 결과적으로 이 임계값은 더 구부러지고 블랙홀 주변의 조석력은 더 강해진다. "그들은 다가오는 물체가 사건의 지평선에 도달하기도 전에 찢어버릴 수 있다.“

사건의 지평선에서

블랙홀로의 가상 여행은 블랙홀로부터 약 6억 4천만 킬로미터 떨어진 곳에서 시작된다. 빛나는 플라즈마 고리로 둘러싸인 어두운 구조가 시야 전체를 채울 때까지 대상은 빠르게 커진다. 가까이 다가가면 회전하는 가스 링이 점점 더 선명해지고 광자 링도 보인다. 그들은 오래 전의 사건과 우주의 버전에 대한 이미지를 반영했다.

▲ 접근 방식: 우리 앞에는 블랙홀 주위를 돌고 있는 물질의 빛나는 플라즈마 디스크가 보인다. © NASA/Goddard 우주 비행 센터/J. Schnittman 및 B. Powell

블랙홀로 가는 길에 우리는 거의 두 번의 완전한 궤도를 완성하며, 그동안 사건의 지평선에 점점 더 가까워진다. 그러나 우리에게 짧은 시간만 지속되는 것은 멀리서 관찰하는 사람에게는 완전히 다르게 보일 것이다. 그는 우리가 점점 더 느려지고 마침내 사건의 지평선을 건너기 직전에 거의 얼어붙어 서 있는 것을 보게 될 것이다.

그 이유는 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 예측한 중력 시간 확장 때문이다. 블랙홀의 엄청난 중력에 의해 시공간이 너무 휘어져 시간도 왜곡된다.

특이점에 빠지다.

사건의 지평선에 도달하면 우리는 빛의 속도로 돌아올 수 없는 문턱을 넘어 경주한다. Schnittman은 “카메라가 이 지평선을 지나면 특이점까지의 거리는 12만8000km에 불과하다”고 설명했다. 이는 고전 물리학의 법칙마저도 타당성을 상실하는 지점을 의미한다. "이제 스파게티화로 인해 카메라가 파괴되는 데 12.8초 밖에 걸리지 않는다."

대체 시나리오에서 카메라는 사건의 지평선에 가까운 블랙홀 궤도를 돌지만 이를 초과하지는 않는다. 대신, 그녀는 탈출에 성공하고 다시 우주로 발사된다. 우주비행사가 6시간의 비행을 마치면 시간은 더 느리게 흐를 것이다. 이는 그가 안전거리를 유지했던 동료 선원들보다 약 36분 정도 젊다는 것을 의미한다.

Schnittman은 "만약 영화 '인터스텔라'에서처럼 블랙홀이 빠르게 회전한다면 우주비행사는 돌아올 때 동료들보다 훨씬 더 젊을 것이다. 그것은 훨씬 더 극단적일 수 있다"고 슈니트만은 말했다.
출처: NASA의 고다드 우주 비행 센터

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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