블랙홀에서 탈출하는 것은 가능할까?(펜로즈, 가르강튀아, 슈바르츠실트 반지름)

모든 것을 집어 삼키는 우주의 심연. 블랙홀. 블랙홀에서 탈출하는 것은 가능할까? 이전부터 인터스텔라와 다양한 공상과학영화에서 블랙홀은 단골소재로 쓰여 왔다.

 

블랙홀에서 탈출하는 것은 가능할까?(펜로즈, 가르강튀아, 슈바르츠실트 반지름)

 

1. 블랙홀에서 탈출은 불가능하다?

 

수 많은 블랙홀 컨셉아트나 정보글을 보면 블랙홀은 항상 둥그런 모양을 하고있어서 우리는 마치 블랙홀이 모두 똑같이 생겼다는 착각을 가진다. 이러한 착각은 1960년대 천문학자들도 예외는 아니였다. 그들은 블랙홀을 No hair 즉 머리털이 없다고 생각했다고 한다.

 

머리털이 없는 대머리는 거의 똑같은 것처럼 블랙홀도 머리털이 없는 대머리처럼 특징이 없는 재미없는 천체라고 생각했다고 한다. 최초로 예견된 슈바르츠실트 블랙홀은 탈출속도가 빛의속도가 되는 지점이다.

즉, 슈바르츠실트 반지름이 주어지는데, 정의 그대로 이 영역을 지나치는 그 어떠한 물체도 블랙홀 밖으로 탈출은 불가능하다고 한다. 하지만 모든 블랙홀에서 물체가 탈출할 수 없는 건 아니라고 한다. 블랙홀의 종류에 따라 결정된다고.

 

2. 블랙홀의 모양

 

가장 먼저 우리가 흔히 떠오르는 구형 모양의 블랙홀. 이 블랙홀은 슈바르츠실트가 최초로 구한 해로부터 유도되는 가장 평범한 블랙홀이다.

 

즉, 사건지평선이 구형모양으로 되어있는 블랙홀이다. 중심 핵의 질량이 태양의 3배가량 되면 슈바르츠실트 반지름은 대략 10km정도로 형성된다고 한다. 이 반지름 10km 구 안에 태양질량의 3배가량의 물질이 압축 되어 있다. 이런 블랙홀들은 회전하지 않는 블랙홀이라고도 하는데, 그냥 가만히 있는 블랙홀.

그리고 이러한 블랙홀을 우리는 슈바르츠실트블랙홀이라고 부른다. 슈바르츠실트블랙홀은 슈바르츠실트반지름이라는 사건지평선을 가지고 있는데, 이 사건지평선의 1.5배정도 거리에서는(1.5R) 중력에 의한 공간왜곡이 너무 심해서 빛이 이 궤도에 진입하면 블랙홀 주위를 빙빙돌게 된다고 한다.

 

3. 블랙홀로부터의 탈출 과정

 

영화 인터스텔라를 보면 주인공과 여주가 우주선을 블랙홀 안으로 보낸 다음 에너지를 얻어서 탈출하는 장면이 나오는데, 바로 이 펜로즈 과정이 블랙홀에서 빠져 나가는 과정이라고 볼 수 있다.

 

영화에서 주인공은 우주선을 블랙홀의 에르고스피어 안쪽까지 이동시킨 후 우주선의 일부분을 계속적으로 사출하고 가속을 함으로써 에너지를 얻어 블랙홀로부터 빠르게 벗어나게 된다.