2020년 노벨물리학상 수상자는 블랙홀 연구 천체물리학자들
2020년 노벨물리학상 수상자는 블랙홀 연구 천체물리학자들
  • 정의윤 기자
  • 승인 2020.10.12 12:29
  • 댓글 0
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이미지 : Pixabay/ Gerd Altmann
이미지 : Pixabay/ Gerd Altmann

 

[퓨처타임즈=정의윤 기자] Penrose는 수학이 천체 물리학적 블랙홀이 자연에 정확히 존재할 수 있음을 증명했다는 사실이 바로 천문학적 기술을 사용하여 이들을 찾는 탐구에 활력을 불어넣었다. Genzhel과 Ghez는 독자적으로 우리 태양보다 400만 배 더 무거운 극히 무거운 보이지 않는 물체가 이 별들을 끌어당겨 매우 특이한 방식으로 움직이게 한다는 것을 발견했다. 이것은 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀의 가장 확실한 증거로 간주된다.

블랙홀은 아마도 자연에서 가장 신비한 물체일 것이다. 그것들은 극단적인 방법으로 공간과 시간을 왜곡하고 수학적 불가능성, 특이점, 즉 무한히 뜨겁고 밀도가 높은 물체를 포함한다. 하지만 블랙홀이 존재하고 진짜 검은색이라면 어떻게 정확히 관찰할 수 있을까? 

로버트 펜로즈 (Robert Penrose)는 블랙홀을 연구하는 이론 물리학자이며, 그의 작업은 깊은 물리적 개념의 절묘한 손으로 그린 삽화로 가득 찬 그의 인기 책 시리즈를 통해 내 세대 전체에 영향을 미쳤다. 노벨위원회는 2020년 노벨물리학상이 이러한 심오한 질문에 대한 답을 찾는 데 도움을 준 세 명의 과학자인 Roger Penrose, Reinhard Genzel 및 Andrea Ghez에게 수여될 것이라고 발표했다. Andrea Ghez는 물리학에서 노벨상을 받은 네 번째 여성이다.

Roger Penrose는 그의 상세한 삽화로 유명했다. 이것은 그의 빈 우주의 다이어그램 중 하나이다. 이미지 : Wikimedia/Roger Penrose, CC BY-ND
Roger Penrose는 그의 상세한 삽화로 유명했다. 이것은 그의 빈 우주의 다이어그램 중 하나이다. 이미지 : Wikimedia/Roger Penrose, CC BY-ND

 

Roger Penrose 경은 일련의 수학적 주장을 사용하여 매우 일반적인 조건에서 물질 붕괴가 블랙홀 형성을 유발할 것이라는 것을 증명한 1965년 그의 중요한 작품으로 절반의 상을 받았다.

이 결과는 별의 핵연료가 고갈될 때 발생하는 중력 붕괴의 천체 물리학적 과정이 자연에 블랙홀을 형성할 가능성을 열어 주었다. 그는 또한 블랙홀의 중심에 물리적 특이점이 있어야 한다는 것을 보여줄 수 있었다. 즉, 물리 법칙이 단순히 무너지는 무한한 밀도를 가진 물체이다. 특이점에서 우리의 공간, 시간, 물질에 대한 개념이 무너지고 이 문제를 해결하는 것은 아마도 오늘날 이론 물리학에서 가장 큰 열린 문제일 것이다.

Penrose는 이 증명을 개발하면서 새로운 수학적 개념과 기술을 발명했다. Penrose가 1965년에 도출한 방정식은 그 이후로 블랙홀을 연구하는 물리학자들에 의해 사용되었다. 사실, 불과 몇 년 후, 스티븐 호킹은 Penrose와 함께 동일한 수학적 도구를 사용하여 빅뱅 우주 모델 (전체 우주가 어떻게 존재하게 되었는지에 대한 현재 최고의 모델)이 초기 순간에 특이점을 가졌음을 증명했다. 이것은 유명한 펜로즈-호킹 특이점 정의의 결과이다.

수학이 천체 물리학적 블랙홀이 자연에 정확히 존재할 수 있음을 증명했다는 사실이 바로 천문학적 기술을 사용하여 이들을 찾는 탐구에 활력을 불어넣은 것이다. 실제로 1960년대 Penrose의 작업 이후 수많은 블랙홀이 확인되었다.

상금의 나머지 절반은 우리 은하의 중심에 태양보다 400만 배 더 큰 초대형 블랙홀의 존재를 발견한 팀을 이끌고 있는 천문학자 Reinhard Genzel와 Andrea Ghez가 공유했다. Genzel은 독일의 막스 플랑크 외계 물리학 연구소와 버클리 캘리포니아 대학교의 천체물리학자이다. Ghez는 로스앤젤레스 캘리포니아 대학교의 천문학자이다.

Genzhel과 Ghez는 세계에서 가장 큰 망원경 (Keck Observatory 및 Very Large Telescope)을 사용하여 우리 은하의 중심에 있는 Sagittarius A라는 지역에서 별의 움직임을 연구했다.

이 2020년 노벨상은 블랙홀에서 중력파를 발견한 공로를 인정받아 2017년 노벨상을 수상한 뒤, 이벤트 호라이즌 망원경의 2019년 블랙홀 지평선 이미지와 같은 이 분야의 최근 놀라운 발견에 이어 진행된다. 모든 인류, 특히 알버트 아인슈타인 자신의 발자취를 따르는 상대성 및 중력 공동체의 우리에게 큰 인정과 영감을 준다.


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