우주 초창기의 작은 원시 블랙홀은 자신만의 빅뱅을 만들 수 있습니다

 

사건의 지평선에 의해 고리로 둘러싸인 블랙홀의 예상도. 출처 : NASA's Goddard Space Flight Center/ background, ESA/Gaia/DPAC

 

 우리가 지금까지 알고 있던 블랙홀의 생성 방법은 대량의 별이 죽으면서 만들어지는 것이었습니다. 이 죽는 과정에서 별의 핵은 자신의 중력으로 인해 무한히 작아지면서 블랙홀이 탄생합니다. 이 방식이 은하에 분포하는 보통의 블랙홀에서부터 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀까지 모든 블랙홀의 시작점이라고 여겨져 왔습니다.

 하지만 초기 우주는 혼돈스러우며 에너지가 매우 높았습니다. 특히 인플레이션 이벤트 후에는 우주가 극도로 불안정하고 에너지가 넘쳤을 것으로 추정됩니다. 인플레이션이 끝나면, 우주는 놀라운 크기로 급격히 팽창하면서 공간-시간 자체가 진동하고 흔들렸습니다. 그당시 우주는 너무나 폭력적이어서 어떤 구역이든 공간-시간의 밀도와 크기가 임계치에 도달하여 "원시" 블랙홀을 형성할 수 있었습니다. 이러한 작은 원시 블랙홀들은 매우 짧은 시간 내에 증발하게 됩니다. 이는 원시 블랙홀이 빠른 속도로 복사선을 방출하기 때문입니다. 이것을 작은 빅뱅이라고 표현하는 연구자도 있다고 합니다.

 물리학자들은 이러한 원시 블랙홀을 찾아오는데 몇십 년간 시간과 노력을 쏟아왔습니다. 이론은 스티븐 호킹에 의해 처음 제안되었습니다. 블랙홀의 질량이 약 1억 그램(지구상의 일반적인 산의 질량과 비슷)보다 더 클경우 우주의 후속 진화에 영향을 미쳤을 것이라고 합니다. 우주 초창기의 원시 블랙홀이 정설로 여겨지지 않는 이유는, 원시 블랙홀의 존재 자체가 기존의 관측 결과를 위반하기 때문입니다. 하지만 물리학자들은 원시 블랙홀에 계속 관심을 가지고 있는데요. 빅뱅 이후 우주가 지금처럼 형성되게 한 결정적 원인이 이러한 원시블랙홀일 가능성이 있기 때문입니다. 이러한 원시 블랙홀들이 우주 진화를 지연시키는 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시하고 있습니다.

 

원시 초대질량블랙홀의 상상도. 출처 : NASA/JPL-Caltech

 

 우리 우주는 계속해서 팽창하고 있습니다. 인플레이션 이후, 물질과 방사선의 밀도는 계속해서 낮아졌습니다. 하지만 작은 원시 블랙홀이 형성되면, 복사선을 방출하며 질량을 변환시킵니다. 이로 인해 원시 블랙홀들은 우주가 팽창하는 속도와 비례하여 방사선을 추가적으로 방출합니다. 이는 우주의 밀도가 초창기에 상대적으로 일정하게 유지될 수 있게 합니다. 이 과정에서 기존의 관측 결과를 위반하지 않고 우주에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 현상을 "Primordial Instincts"라고 합니다.

 원시 블랙홀은 또한 우주에 독특한 중력파의 진동을 만들어내는데, 중력파는 우주 시공간의 파동이며, 현재 중력파 탐지기는 이러한 중력파를 감지하기에는 민감도가 부족합니다. 하지만 앞으로 다가올 우주에서 측정 가능한 중력파 탐지기인 Laser Interferometer Space Antenna(LISA)를 통해 이러한 중력파를 감지할 수 있습니다.

 Primordial Instincts는 과학적으로 아직 많은 연구가 필요합니다. 하지만 이러한 연구를 통해 우주의 진화와 원시 블랙홀과의 관계를 더 깊이 이해할 수 있을 것입니다. 이러한 연구는 더 많은 우주의 비밀을 해결할 수 있는 열쇠가 될것입니다.