샤오루(蕭路)
【정견뉴스】
블랙홀은 매우 독특한 천체다. 일반상대성이론에 따르면, 질량이 큰 천체는 강한 시공간의 왜곡을 유발한다. 시공간의 왜곡이 지나치게 강해지면 중력 붕괴 현상이 일어나 블랙홀이 형성되며, 이로 인해 빛조차 탈출할 수 없게 된다. 따라서 기존 이론하에서 블랙홀 내부를 관측하는 것은 절대 불가능하다. 일반적으로 블랙홀은 질량이 큰 항성이 수명을 다해 소멸할 때 중력 붕괴를 일으키며 형성된다.
하지만 ‘원초 블랙홀(primordial black hole)’이라 불리는 또 다른 기이한 블랙홀도 존재한다. 이 블랙홀은 항성의 소멸로 생겨난 것이 아니라, 우주 대폭발(빅뱅) 이론이 예견한 천체다. 빅뱅 이론에 따르면 우주 초기의 에너지와 밀도는 매우 높았기 때문에 국소 지역에서 고밀도 환경이 쉽게 만들어질 수 있었고, 이에 따라 중력 붕괴가 일어나 블랙홀이 형성될 수 있었다. 일반적으로 이러한 원초 블랙홀의 질량은 일반적인 항성 붕괴로 형성되는 블랙홀보다 훨씬 작은 것으로 알려져 있다.
원초 블랙홀은 우주학과 천문학 분야에서 중요한 의미를 갖는다. 한편으로는 우주 대폭발 이론과 밀접하게 연관되어 있으며, 다른 한편으로는 일부 과학자들에 의해 우주 암흑물질(dark matter)의 중요한 구성 요소일 가능성이 제기되고 있기 때문이다. 나아가 스티븐 호킹의 ‘블랙홀 증발 이론’에 따르면, 원초 블랙홀은 유구한 우주 역사 속에서 점차 증발하다가 완전히 소멸하기 직전 강력한 감마선을 방출할 수 있어 블랙홀 진화 이론을 연구하는 데도 중요한 의미를 지닌다.
천문학자들은 소멸해가는 원초 블랙홀의 신호를 찾기 위해 지속적인 노력을 기울여 왔다. 그러나 2018년 2월 21일, 캘리포니아 대학교 산타크루즈 캠퍼스는 보도자료를 통해 해당 기관 연구진이 주도한 관측 프로젝트에서 현재 가장 첨단 장비인 페르미 감마선 우주망원경(Fermi gamma-ray space telescope)을 사용했음에도 원초 블랙홀의 감마선 신호를 전혀 발견하지 못했다고 발표했다. 관측팀은 페르미 망원경의 4개년 데이터를 활용해 지구 근처의 원초 블랙홀을 찾아내고자 했으나, 관측된 감마선원 중 원초 블랙홀의 신호는 존재하지 않는 것으로 확인되었다.
물론 이것이 원초 블랙홀이 존재하지 않는다는 것을 단정하는 것은 아니다. 페르미 망원경의 관측 한계로 인해 지구에서 약 0.1광년 이내에 위치한 원초 블랙홀의 신호만 포착할 수 있는데, 이는 광활한 우주에서 그저 바닷가의 모래 한 알에 불과하기 때문이다. 그럼에도 불구하고 이번 관측을 통해 지구 근접 영역에서 원초 블랙홀의 증발로 발생하는 감마선의 상한선을 산출해 낼 수 있었다. 이는 기존의 이론 모델에 상당한 도전 과제를 던져주고 있다. 신비로운 원초 블랙홀이 실제로 존재하는가에 대한 문제는 과학계의 난제로 남을 가능성이 높아 보인다.