흙수저 블랙홀 ㅋㅋㅋㅋ

은하 중심부의 블랙홀을 생각하면 블랙홀이 어떻게 생겼는지 대충 유추할 수 있죠

주위의 모든 빛을 끌어모아서 블랙홀의 주위는 빛의 병목현상에 의해 무척 밝을것이라는것

블랙홀 한번 보고 싶다

블랙홀 자체를 볼수는 없죠...주변 빛이나 굴곡으로 그곳에 블랙홀이 있다는것만 예상할하는거죠

추정 이미지라고해도 그저 신기할뿐이고...

이론적으로 블랙홀은 슈바르츠실트 블랙홀(비회전,비전하), 커 블랙홀(회전,비전하), 라이즈너-노드스트롬 블랙홀(비회전,전하), 커-뉴먼 블랙홀(회전,전하) 이렇게 4가지로 분류해서 이야기 합니다. 대중적으로는 Event Horizon(사건의 지평선) 1개와 광자구(Photon Sphere) 1개를 가지는 슈바르츠실트 블랙홀(비회전 블랙홀)을 가지고 이야기를 많이 하지만



하지만 보다 실제적인 블랙홀을 가지고 이야기하려면  커 블랙홀(회전 블랙홀)을 가지고 이야기 해야 합니다.

블랙홀도 전하를 띌수도 있지만 쿨롱력(전자기력)은 중력보다 천문학적인 수치만큼  크기 때문에 보통 의미있는 수준의 전하를 가진 블랙홀은 존재하지 않는다고 이야기 합니다.. 양성자별이 없고 중성자별만 있는 이유를 생각해 보시면 됩니다. 

아래는  커블랙홀(회전 블랙홀)의 구조입니다.



이벤트 호라이즌이야 요즘은 왠많한 일반인들도 다 알고 있지만 inner와 outer 두개가 존재한다는 사실은 잘 모르죠. 보통은 슈바르츠실트(비회전) 블랙홀만 가지고 이야기 하니.

그렇다면 회전하는 블랙홀에서는 왜 이벤트 호라이즌이 두개일까요? 안쪽것은 많이들 알고 있는 비회전 블랙홀과 같습니다. 바깥쪽의 것은 블랙홀의 회전효과 때문에 존재하는데 블랙홀 수준의 질량과 회전속도에서는 시공간의 왜곡이 반지름 방향으로만 발생하지 않고 회전 방향으로도 발생합니다. 전문적인 용어로는 Frame Dragging(틀끌림) 또는 Lense-Thirring Effect(렌즈-터링 효과)라고 합니다.



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((((이부분은 참고로 볼것)))- 보통 중력은 물체들간의 질량에만 관계가 있지 물체의 각운동량과는 상관이 없죠. 하지만 블랙홀과 같은 상대론적 영역이 되면 물체의 각운동량도 중력에 영향을 줍니다. 보통 중력과 전자기력은 고전물리에서는 다른 관점에서 접근하지만 상대론적 영역에서는 거의 유사한 관점에서 설명합니다. 그래서 요즘은 중력도 중력자성(Gravitomagnesim)이라는 관점에서 이야기 합니다.  중력자성의 관점에서 보면 왜 물체의 회전이 중력에도 영향을 주는지 순수하게 아인슈타인의 장방정식으로만 설명하는 것보다 이해하기가 쉬워지는데 전자기쪽에서의 로렌츠힘(자기장 안에서 움직이는 전하가 힘을 받아 편향-레일건이나 전동기를 생각해보심)이 중력자성에서의 이 렌즈-터링 효과와 정확히 대응합니다. 사실 전자기학에서 자기력이라는 말도 엄밀히 말하면 쿨롱력의 상대론적 설명에 지나치 않습니다. 실제하는 힘이라기보다 원심력이나 전향력처럼 상대적 효과죠. 렌즈-터링 효과도 회전하는 물체에 대한 상대론적 효과에 기인해서 나타나는 현상입니다.
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이 렌즈-터링 효과에 때문에 정확히 블랙홀의 중심방향으로 입사된 빛도 직진하지 못하고 편향됩니다. 다만 바깥쪽 이벤트 호라이즌과 안쪽 이벤트 호라이즌 사이는 탈출은 할 수 있는데 펜로즈 과정이라고 해서 블랙홀의 회전에너지를 이용하면 가능합니다. 하지만 자체적으로는 빛조차 오랫동안 안정적인 궤도를 가질수 없기 때문에 결국은 특수하게 바깥쪽으로 빠져나오던지 아니면 안쪽으로 빨려들어가던지 두가지중 하나의 운명을 맞이하게 됩니다.  안쪽 이벤트 호라이즌은  순수중력에 의해 빛이 빠져나갈수 없는 영역의 경계라면 바깥쪽 이벤트 호라이즌은 블랙홀의 회전으로 인한 렌즈-터링 효과로 때문에 어떠한 것도 존재할 수 없는 영역이 됩니다. 보통 안쪽 사건의 지평선과 이 바깥쪽 사건의 지평선 사이를 Ergosphere(작용권)이라고 합니다. 이 영역에서는 블랙홀의 중심방향 이외에도 어떠한 물체도 정지해 있지 못하고 블랙홀의 회전방향으로 힘을 받게 됩니다.

어쨌든 사건의 지평선 안쪽이나 바깥쪽이나 외부에서는 아무것도 보이지 않습니다. 사실 외부에서 볼수 있는 가장 바깥쪽은 Photon Sphere(광자구)라고 하는 영역인데 가속되지 않은 물체가 블랙홀에 빨려들어가지 않을수 있는 가장 바깥쪽 영역입니다. 이곳은 인공위성이 지구 주위를 돌듯 빛(광자)이 블랙홀 주위를 돌고 있는 영역입니다. 비회전(슈바르츠실트) 블랙홀에서는 이 광자구가 1개이고 정확히 두께가 0이지만 회전(커) 블랙홀에서는 2개고 좀 복잡해집니다. 회전 블랙홀에서 광자구가 2개가 생기는 이유는 위의 렌즈-터링 효과에서 설명한것과 같은 이치입니다. 안쪽은 블랙홀의 회전방향으로 빛이 회전하고 있고 바깥쪽은 블랙홀의 반대방향으로 빛이 회전합니다. 강착원반은 이 광자구 바깥에서만 존재할 수 있습니다.

좀더 인터랙티브하게는 나사에서 만든 아래 영상을 참고하시기 바라고
https://www.youtube.com/watch?v=-OtUVDRL_wM
단 여기서는 outer event horizon에 대한 부분은 빠져 있습니다. 위에서 설명했듯이 Photon Sphere(광자구) 안쪽영역은 보이지 않습니다.

그리고 이 게시물의 맨 아래의 체스무늬 그림처럼 극이나 구의 뒷부분이 보이는 이유를 간단히 설명하자면



실제로 보이지 않은 곳에서 출발했어도 강력한 중력때문에 시공간이 왜곡되어서 빛의 경로가 위와같이 휘어지기  때문입니다. 중력렌즈 효과로 인해 보이지 않아야 할 천체의 뒷편이 보이는 것도 이와 같은 원리입니다. 사실 작용권(Erogoshpere)이나 광자구에서는 이론적으로 자기 머리뒷쪽을 정면에서 볼수 있습니다 ^^;;;;