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우주 이야기 1303 - 나사가 공개한 블랙홀의 크기 비교



 (This frame from NASA’s new animation compares the sizes of three supermassive black holes in relation to planetary orbits in our solar system. At top left, unlabeled, is the black hole at the center of the Circinus galaxy. Below it lies the giant black hole in galaxy M32. And at right is the more massive black hole at the heart of our own Milky Way galaxy. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)

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(Our galaxy’s supersized black hole, Sagittarius A*, as seen by the Event Horizon Telescope. It contains the equivalent mass of 4.3 million Suns and lies about 26,000 light-years away. Credit: EHT Collaboration)

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(The two bright knots at the center of galaxy NGC 7727 each represent a dense group of stars surrounding a supermassive black hole. Only 1,600 light-years separate the pair. Astronomers expect them to merge within the next 250 million years. Credit: ESO/Voggel et al.)

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(Light from the supermassive black hole known as TON 618 (circled) takes more than 10 billion years to reach us. Credit: SDSS)

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나사가 우주에 있는 여러 블랙홀의 크기를 비교해 볼 수 있는 영상과 이미지를 공개했습니다. 기본적으로 블랙홀은 하나의 점이나 다를 바 없고 표면이 없는 천체이지만, 빛조차 탈출할 수 있는 지점인 사건의 지평면 (event horizon)을 기준으로 크기를 비교할 수 있습니다. 블랙홀의 중심으로부터 사건의 지평면 까지의 반지름을 슈바르츠실트 반지름이라고 하며 이는 블랙홀의 질량에 의해서 결정됩니다. 따라서 블랙홀의 질량이 클수록 슈바르츠실트 반지름도 커지고 사건의 지평면의 면적도 커지게 됩니다.

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하지만 우리는 사건의 지평면을 직접 볼 수 없습니다. 빛이 빠져나오지 못하기 때문입니다. 강한 중력에 이끌려 주변을 돌고 있는 빛도 마찬가지입니다. 실제로 볼 수 있는 것은 블랙홀의 슈바르츠실트 반지름의 두 배 정도 되는 거리에서 크게 굴절된 빛의 고리입니다.

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그 크기를 서로 비교해보면 우리 은하 중심 블랙홀은 태양을 중심으로 지구 궤도 안쪽에 들어갈 수 있는 수준입니다. 하지만 일부 초거대 질량 블랙홀은 태양계의 훨씬 먼 가장자리인 오르트 구름 이상의 크기를 지닌 것도 있습니다. 아래 영상은 태양 질량의 10만배에서 600억 배에 달하는 블랙홀과 우리 태양계의 크기를 비교한 것입니다. 태양 질량의 10만 배인 블랙홀은 태양보다 작지만, 600억 배에 달하는 달하는 블랙홀은 태양계 8개 행성 궤도를 넘어 오르트 구름 너머까지 넓게 펼쳐져 있습니다.

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(All monster black holes are not equal. Watch this video to see how they compare to each other and to our solar system. The black holes shown, which range from 100,000 to more than 60 billion times our Sun’s mass, are scaled according to the sizes of their shadows – a circular zone about twice the size of their event horizons. Only one of these colossal objects resides in our own galaxy, and it lies 26,000 light-years away. Smaller black holes are shown in bluish colors because their gas is expected to be hotter than that orbiting larger ones. Scientists think all of these objects shine most intensely in ultraviolet light. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)

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TON 618는 지구에서 100억 광년 떨어진 초거대 질량 블랙홀로 태양 질량의 600억 배에 달해 빛의 속도로 주변을 돌더라도 몇 주 이상이 걸릴 정도로 거대합니다. 하지만 블랙홀의 크기에는 사실 한계가 없습니다. TON 618보다 더 크고 무거운 블랙홀도 언젠가는 관측될 것으로 생각합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-05-nasa-animation-sizes-universe-biggest.html

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