두 개의 블랙홀이 공전하는 모습 (동영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-04-21 08:34:11
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- NASA 슈퍼컴퓨터로 두 블랙홀 주변의 광선이 왜곡된 시공간을 통과하는 경로 계산
- 상대론적 수차로, 우리에게서 멀어지는 블랙홀은 작아지는 대신 커지는 것처럼 보여.
- 사건 지평선 근처의 시공간 영역에서 이미지의 빛이 90도 기울어진다.

중력 거인의 왜곡된 춤
시각화는 서로 궤도를 도는 두 개의 블랙홀의 왜곡 효과를 보여준다.


구부러진 시공간 :
두 개의 초 거대 블랙홀이 서로 가깝게 공전 할 때 어떤 모습일까?
그들의 거대한 중력이 그들 주위를 도는 물질로부터 빛을 어떻게 왜곡할까?
최근 새로운 NASA 시뮬레이션이 모습을 보여준다. 시공간의 왜곡으로 인해 우리는 위아래에서 동시에 각 블랙홀을 본다. 더 작은 파트너의 빛은 더 짧은 파장과 더 뜨겁다.
여기에 파란색으로 표시된다. 

▲ 궤도를 도는 두 개의 초거대 블랙홀의 시각화. © NASA Goddard 우주 비행 센터/Jeremy Schnittman 및 Brian P. Powell

우리 은하의 중심부에 있는 궁수 자리 A*, 유명한 블랙홀 M87* 또는 먼 우주의 퀘이사 :
대부분 은하의 중심에는 수백만에서 수십억의 태양 질량을 가진 거인 초거대 질량 블랙홀이 있다. 그러나 그것들은 중력 효과와 서로 얽힌 물질에 의해 방출되는 복사에 의해서만 인식 될 수 있다. 그러한 중력 거인이 자신의 빛을 왜곡하는 방법은 NASA의 시각화를 통해 2019년에 처음으로 보여졌다.

눈에 보이는 중력 효과

최근 NASA 과학자들은 한발 더 나아가서 두 개의 밀접하게 돌고있는 블랙홀이 시공간을 왜곡하고 빛이 방사되는 부착 디스크에서 나오는 빛을 어떻게 왜곡하는지 보여주고 있다.
NASA의 Goddard 우주 비행 센터의 제레미 쉬니트맨(Jeremy Schnittman)은 “우리는 두 개의 초 거대 질량 블랙홀을 볼 수 있다. 하나는 태양 질량보다 약 2억 배, 다른 하나는 절반 정도 무겁다. 큰 것은 주황색으로, 작은 것은 파란색으로 표시된다”고 설명했다.
▲  NASA 과학자들은 한발 더 나아가서 두 개의 밀접하게 돌고있는 블랙홀이 시공간을 왜곡하고 빛이 방사되는 부착 디스크에서 나오는 빛을 어떻게 왜곡하는지 보여주고 있다

이전 시뮬레이션에서와 같이 두 거인의 중력이 자신의 이미지를 왜곡하여 상하를 동시에 볼 수 있음을 알 수 있다. 두 블랙홀 중 하나가 파트너 뒤로 지나 가면 이미지가 조각화 된다.
강한 중력 렌즈 효과로 ​​인해 앞의 거인에 의해 왜곡된 시공간은 그 뒤에 있는 블랙홀의 여러 왜곡 된 이미지를 호 형태로 만든다.

또 다른 놀라운 효과 :
우리의 직감과는 달리, 우리에게서 멀어지는 블랙홀은 작아지는 대신 커지는 것처럼 보인다. 원인은 소위 상대론적 수차다. 이것은 큰 가속도 나 강한 중력으로 인해 발생하는 왜곡 효과이며 물체의 크기를 변경하는 것처럼 보인다.

여러 이미지

위에서 두 블랙홀의 춤을 보면 또 다른 현상이 나타난다.
둘 다 파트너의 궤도에 자신의 축소된 이미지를 만든다. 그러나 이 이미지는 위에서부터 보여주지 않고 측면에서 왜곡되어 보인다. 이것은 사건 지평선 근처의 시공간 영역에서 이미지의 빛이 90도 기울어짐을 의미한다. 우리는 이 블랙홀을 위에서 한 번, 그리고 두 번째로 측면 이미지로 본다.

<이것은 두 개의 초 거대 블랙홀이 서로 가깝게 공전 할 때의 모습 © NASA / Goddard>


"이 새로운 시각화의 또 다른 놀라운 측면은 중력 렌즈 효과에 의해 생성된 이미지의 자기 유사성이다"고 Schnittman은 설명한다. "이러한 블랙홀 중 하나를 확대하면 점점 더 왜곡된 파트너 이미지가 여기에 나타난다."

이 시각화는 Schnittman과 그의 팀이 NASA 슈퍼컴퓨터에서 천체 물리 모델을 사용해 두 블랙홀 주변의 부착 디스크에서 나오는 광선이 왜곡된 시공간을 통과하는 경로를 계산할 때 만들어졌다.
출처 : NASA

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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