[지식보관소] NASA는 슈퍼컴퓨터를 이용해 블랙홀로 들어갈 때 보게되는 모습을 구현했다.

 

 

어제 5월 6일 나사는 슈퍼컴퓨터와 AI를 활용해서

블랙홀의 사건의 지평선인 이벤트 호라이즌 내부로 들어갈 때

어떤 일이 일어나는지를 시뮬레이션 하는 데 성공을 했습니다.

 

 

 

1919년 에딩턴은 상대성이론을 검증하기 위해서

태양이 떠 있음에도

태양 뒤에 있는 별을 관측할 수가 있는 일식이 일어나는 날

망원경으로 태양 주변을 관측했고 놀라운 일이 일어납니다.

 

분명히 태양 뒤에 있어야 하는 별이

태양 옆에서 관측이 된 것이죠.

에딩턴의 일식 관측으로 유명한 이 사건은

질량이 있는 물체가

우주의 시공간을 휘어지게 만든다는 것을 증명한 것이었으며

태양 뒤에 있던 별에서 나온 빛은

태양 때문에 휘어진

시공간으로 이동을 하면서 관측이 된 것입니다.

 

심지어 이 빛이 휘어진 정도는

상대성이론으로 계산된 값과 정확하게 일치했죠.

 

결국에 질량과 밀도가 높을수록

시공간이 크게 휘어진다는 것을 알아냈고

그 정도가 커지면

빛조차도 휘어진 시공간을 빠져나오지 못한다는 것이었습니다.

그게 바로 20세기까지만 해도

이론상으로만 존재하는 천체였던 블랙홀이었죠.

 

하지만 이후에 망원경으로

블랙홀이 은하 중심에 존재한다는 간접 증거들이 발견되기 시작하더니

드디어 5년 전인 2019년 EHT 프로젝트를 통해서

블랙홀의 직접적인 이미지를 얻는 데 성공을 하였습니다.

 

하지만 이론상으로 존재하던 블랙홀이

실존함을 밝혀냈고, 직접적인 이미지까지 얻었지만

아직까지 빛조차 빠져나오지 못하는

이벤트 호라이즌 내부로 들어갈 때 어떤 일이 일어나는지는

우리는 정확히 알지 못했습니다.

뭐 지금까지는 말이죠.

 

어제 5월 6일, 나사는 슈퍼컴퓨터와 AI를 활용해서

블랙홀의 사건의 지평선인 이벤트 호라이즌 내부로 들어갈 때

어떤 일이 일어나는지를 시뮬레이션하는 데 성공을 했습니다.

 

영화 <인터스텔라>에서도 잠깐 소개가 되지만

블랙홀에 근접할 때 가장 문제가 되는 것은

상대성이론에 의한 효과입니다.

 

우리가 살고 있는 공간은

사실은 시간+공간이 합쳐진 시공간이기 때문에

블랙홀이 공간을 휜다는 이야기는

시간마저도 휘어진다는 의미이고

시간과 공간이 극한으로 휘어지는 상황에서는

우리가 이해하기 힘든 일들이 일어납니다.

 

이번에 나사는 최강급의 슈퍼컴퓨터를

일주일 넘게 풀가동해야지만 얻을 수 있는 연산량을 동원해서

블랙홀이 근접할 때 어떤 일들이 일어나는지를

완벽하게 시뮬레이션 하는데 성공을 했는데요.

 

이번 시뮬레이션에 활용한 조건은

태양 질량의 430만 배를 가진 블랙홀에 다가갈 때

일어난 일을 시각화한 것입니다.

 

태양 질량의 430만 배의 블랙홀은

우리은하 중심에 존재하는 궁수자리 A블랙홀이죠.

 

시뮬레이션에 따르면

태양 질량의 430만 배에 해당하는 블랙홀의 이벤트 호라이즈는

특이점으로부터 약 2,500만km 정도 떨어져 있고

이는 지구와 태양 간의 거리의 17% 정도입니다.

 

이 시뮬레이션 영상에서는

블랙홀이 굉장히 가깝게 위치한 것처럼 보이지만

시뮬레이션상 영상의 시작부에서 블랙홀까지의 거리는 무려 6억 4천만km로

태양 질량 430만 배의 블랙홀이

얼마나 거대한지를 짐작할 수가 있습니다.

 

시뮬레이션에 따르면

6억 4천만km 거리에서

블랙홀과 상대 속도가 제로라면

블랙홀의 사건의 지평선까지 블랙홀의 중력만으로 떨어지는데

약 3시간 정도가 소요가 되며

이 영상은 그 3시간분을 짧게 압축한 것입니다.

 

특이점으로부터 1억km 미만으로 떨어진 지점부터

시공간의 휘어짐으로 인해서 빛이 급격하게 휘어지기 시작하는데

주변 은하수와 별들의 형체를 알아보기 힘들게 변하다가

이벤트 호라이즌 근처에 이르면

휘어진 시공간에 잡혀 있는 광자들로 인해서

주변이 엄청나게 밝아지게 됩니다.

 

물론 현실적으로는 이런 환경에서 방사선 피폭량은

상상을 초월하기 때문에

인간이 살 수는 당연히 없겠지만

이 구간을 지나서 이벤트 호라이즌에 도달하는 순간

외부 세상의 빛은 완전히 사라져서 완벽한 어둠이 시작되죠.

 

실제로는 이 시뮬레이션에서는

사건의 지평선 내부로는 들어가지 않고

사건의 지평선 12만km까지만 시뮬레이션이 되었습니다.

 

하지만 시뮬레이션에 따르면

이 거리에서는 우주에 존재하는 그 어떤 힘을 동원하더라도

분자구조를 유지하는 게 불가능하기 때문에

이미 이 시점에 존재하는 모든 물질은

소립자 단위로 분해가 되어 있을 것입니다.

 

이 영상이 별거 아닌 것처럼 보이지만

만약에 우리가 블랙홀에 빨려 들어가면

실제로 보게 될 영상으로

지금 보이는 이 시뮬레이션의 데이터량만 10테라바이트가 넘는 양이죠.

 

눈으로 이렇게 보이는 것보다 더 재미있는 것은

사실 시간입니다.

이벤트 호라이즌 12만km에서 흐르는 시간은

1분이 외부세계에서 수백 년에 해당하는 시간으로

이는 이벤트 호라이즌에 가까이 다가갈수록 극심해집니다.

 

이론상 이벤트 호라이즌을 지나기 직전의 시간차는

무한대에 수렴하기 때문에

블랙홀 외부의 시간이 너무 빨리 흘러서

이벤트 호라이즌 위에 있다면

우주가 종말에 도달한다고 볼 수도 있고

거의 무한대의 시간이 흐르면

블랙홀도 결국 소멸하기 때문에

블랙홀의 이벤트 호라이즌 내부로 갈 수 있을지에 대한

의문도 있습니다.

 

어쩌면 기술이 극도로 발달한 외계문명이 있다면

우주의 끝을 보기 위해서

이벤트 호라이즌 근처에서 존버를 할지도 모르겠네요.

 

비록 이벤트 호라이즌 내부는

빛조차도 탈출하지 못하므로 관측이 안 되고

기존의 물리 법칙이 모두 깨지는 지역이라서

시뮬레이션을 할 수는 없지만

블랙홀 내부로 들어갈 때 보게 될 시각적인 모습을 시뮬레이션 했다는 점에서

그럼 26,000광년이나 떨어진 우리은하 중심에 있는 블랙홀에 들어갈 때

어떤 일이 일어나는지를

이만큼이나 인류가 알아냈다는 게 정말로 놀랍습니다.

그럼 이만.