서론: 모든 것에는 크기의 한계가 있습니다
지구상의 가장 높은 산 에베레스트는 더 이상 높아질 수 없습니다. 태양보다 수백 배 큰 초거성은 스스로의 무게를 이기지 못하고 붕괴합니다. 이처럼 우리 우주의 거의 모든 것에는 물리적인 크기의 한계가 존재합니다. 하지만 이 보편적인 법칙을 비웃기라도 하듯, 성장의 한계가 없는 유일무이한 천체가 있습니다. 바로 우주의 포식자, 블랙홀입니다.
행성이나 별과 달리 블랙홀은 이론적으로 무한히 커질 수 있습니다. 그렇다면 현재 인류가 발견한, 혹은 이론적으로 예측하는 가장 거대한 블랙홀은 과연 어느 정도의 크기일까요? 오늘 우리는 상상조차 하기 힘든 우주적 스케일의 세계로 떠나, 그 경이로운 실체를 파헤쳐 보고자 합니다.
블랙홀은 왜 무한히 성장할 수 있는가?
블랙홀의 무한한 성장 가능성을 이해하기 위해서는 먼저 일반적인 천체와의 근본적인 차이점을 알아야 합니다. 별의 경우, 내부에서 일어나는 핵융합 반응이 밖으로 밀어내는 압력(방사압)과 별 자체의 거대한 질량이 안으로 끌어당기는 중력이 평형을 이루고 있습니다. 만약 별이 너무 커지면 중력보다 방사압이 강해져 외부층을 날려버리게 되는데, 이를 ‘에딩턴 한계’라고 부릅니다. 이 한계 때문에 별은 무작정 커질 수 없습니다.
하지만 블랙홀은 다릅니다. 블랙홀은 극도로 압축된 질량이 만들어낸 시공간의 구멍 그 자체입니다. 내부에서 밖으로 밀어내는 힘이 존재하지 않으며, 오직 모든 것을 끌어당기는 중력만이 작용합니다. 따라서 블랙홀은 주변의 가스, 먼지, 심지어 별과 은하까지 흡수하며 자신의 질량을 계속해서 늘려나갈 수 있습니다. 먹이가 있는 한, 블랙홀의 성장은 멈추지 않습니다.
초대질량 블랙홀의 탄생과 성장 메커니즘
블랙홀은 크게 두 가지 종류로 나뉩니다. 태양보다 수십 배 무거운 별이 최후를 맞이할 때 탄생하는 ‘항성 질량 블랙홀’과, 그보다 수백만 배에서 수십억 배 이상 무거운 ‘초대질량 블랙홀(Supermassive Black Hole)’입니다. 대부분의 은하 중심에는 거대한 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있으며, 우리 은하 중심의 ‘궁수자리 A*(Sagittarius A*)’ 역시 여기에 속합니다.
초대질량 블랙홀이 어떻게 처음 형성되었는지는 아직 천문학의 큰 미스터리 중 하나입니다. 초기 우주의 거대한 가스 구름이 직접 붕괴했다는 설, 혹은 수많은 항성 질량 블랙홀들이 서로 합쳐지며 성장했다는 설 등이 존재합니다. 중요한 점은, 일단 씨앗이 형성되면 주변 물질을 집어삼키며 기하급수적으로 성장한다는 사실입니다. 블랙홀 주변으로 끌려 들어온 물질들은 거대한 원반을 형성하는데, 이를 ‘강착 원반(Accretion Disk)’이라 부릅니다. 이 원반의 물질들이 마찰로 인해 초고온으로 가열되면서 밝게 빛나고, 이 빛을 통해 우리는 멀리 떨어진 블랙홀의 존재를 관측할 수 있습니다. 이것이 바로 ‘퀘이사(Quasar)’의 정체입니다.
인류가 발견한 가장 거대한 블랙홀: TON 618
자, 이제 본격적으로 크기 비교의 여정을 떠나보겠습니다. 우리에게 가장 친숙한 태양계의 중심, 태양의 지름은 약 140만 km입니다. 우리 은하 중심의 초대질량 블랙홀 궁수자리 A*의 사건의 지평선 지름은 약 2,400만 km로, 태양계의 수성 궤도 정도 크기입니다. 이 자체로도 거대하지만, 이제부터는 시작에 불과합니다.
현재까지 발견된 가장 무겁고 거대한 블랙홀 중 하나는 ‘TON 618’이라는 퀘이사 중심에 있는 블랙홀입니다. 지구로부터 약 104억 광년이라는 아득한 거리에 떨어져 있는 이 블랙홀의 질량은 태양의 약 660억 배에 달하는 것으로 추정됩니다. 이 숫자가 잘 와닿지 않을 것입니다. 그 크기를 가늠해 보자면, TON 618의 사건의 지평선 지름은 약 3,900억 km에 이릅니다. 이는 우리 태양계 전체, 즉 태양에서 명왕성까지 거리의 수십 배를 넘어서는 압도적인 크기입니다. 만약 우리 태양계 중심에 TON 618이 있다면, 그 사건의 지평선은 해왕성 궤도를 훌쩍 넘어 성간 공간까지 뻗어 나갈 것입니다. 태양계는 그 존재조차 인지하지 못한 채 순식간에 삼켜지고 말 것입니다.
TON 618과 같은 ‘초대광도 퀘이사(Ultaluminous Quasar)’는 우주에서 가장 밝게 빛나는 천체이기도 합니다. 이는 블랙홀이 주변 물질을 어마어마한 속도로 빨아들이면서 강착 원반에서 막대한 양의 에너지가 방출되기 때문입니다. 즉, 우리는 우주에서 가장 어두운 존재인 블랙홀을, 역설적으로 우주에서 가장 밝은 빛을 통해 발견하는 셈입니다. 이는 우주가 우리에게 보여주는 아름다운 아이러니 중 하나입니다.
결론: 우리는 아직 우주의 일부만을 알고 있습니다
블랙홀의 크기를 비교하는 여정은 단순히 지식을 나열하는 것을 넘어, 우리가 속한 우주가 얼마나 광대하고 경이로운지를 다시금 깨닫게 합니다. 평범한 별의 죽음에서부터 태양계 전체를 집어삼킬 만큼 거대한 괴물에 이르기까지, 블랙홀은 우주의 탄생과 진화, 그리고 종말에 대한 중요한 단서를 쥐고 있습니다. TON 618의 발견은 인류 천문학의 위대한 성과이지만, 이것이 끝은 아닐 것입니다. 우리가 아직 관측하지 못한 우주의 저편에는 TON 618을 왜소하게 만들 만큼 더욱 거대한 블랙홀이 존재할지도 모릅니다.
오늘 함께 살펴본 블랙홀의 압도적인 스케일은 우리에게 겸손을 가르쳐 줍니다. 광활한 우주 속에서 인류의 존재는 아주 작은 일부에 불과하다는 사실을 말입니다. 여러분은 인류가 발견한 가장 거대한 블랙홀 TON 618에 대해 어떻게 생각하십니까? 이보다 더 큰 블랙홀이 우주 어딘가에 존재할까요? 여러분의 깊이 있는 의견을 댓글로 남겨주시기 바랍니다.
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