블랙홀은 SF 작품이나 게임, 애니메이션 등 다양한 분야에 등장한다. 하지만 실제로 블랙홀이 어떤 영향을 주위에 미치는지 모르는 경우가 많다.

블랙홀은 우주에서도 특별한 존재로 수수께끼에 싸여 있다. 안에 들어가면 어떻게 될까. 별은 수소의 거대한 모임으로 가스가 중력으로 굳어진 것이다.

중심에서 수소가 헬륨과 융합, 대량 에너지를 방출한다. 이 때 생성된 방사선과 중력의 힘이 균형을 맞추면서 별을 형성하게 된다. 융합한 별의 핵은 안정적이지만 별이 태양보다 무거우면 별의 중심에선 중력으로 인한 열과 압력으로 더 무거운 원소를 만든다.

하지만 다른 원소와 달리 철을 만드는 과정에선 에너지를 전혀 방출하지 않는다. 핵에 철이 극한까지 만들어지고 쌓이면 무게가 한계가 다다르게 된다. 이렇게 되면 안정적이던 수축과 폭발이라는 균형은 깨지게 된다. 핵이 손상되고 핵은 순식간에 오그라든다. 찰나의 순간 빛보다 빠른 4분의 1 속도로 별은 중심을 향해 쪼그라들게 되는 것이다.

별의 모든 질량이 핵에 집중되는 것이다. 이어 별의 죽음, 초신성 폭발로 이어진다. 이 과정에서 철보다 무거운 원소가 우주에 생겨나게 된다. 이 과정에서 중성자 별이 생기거나 혹은 더 무겁다면 별의 핵은 블랙홀을 만들게 된다.

물론 실제 눈에 보이는 블랙홀은 엄밀하게 말하자면 블랙홀이 아니라 사건 지평선이다. 이곳을 넘어서는 순간에는 빛보다 더 빨리 통과해야 하기 때문에 통과는 거의 불가능하다. 이 사건 지평선에는 아무런 빛도 없기 때문에 깜깜하다. 말 그대로 블랙이다.

그렇다면 블랙홀에 있는 검은 구멍은 뭘까. 바로 특이점이다. 특이점의 실제는 불분명하다. 하지만 모든 질량이 한 점에 집중된 것으로 부피도 없고 밀도가 밀도가 무한대인 것으로 간주한다. 다만 아무 것도 아직 해명된 건 없다.

블랙홀이라고 해서 닥치는 대로 뭐든 빨아들이는 건 아니다. 따라서 태양을 블랙홀로 바꾼다고 해도 지구가 얼어붙을 뿐 다른 변화는 없다고 한다.

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그렇다면 만일 블랙홀에 뛰어들면 어떻게 될까. 블랙홀에선 시간 흐름이 다르다. 외부에서 본다면 다가갈수록 속도가 느려지는 것처럼 보인다. 하지만 빨려 들어간 당사자가 본다면 주위는 마치 미래를 보는 것처럼 엄청난 속도로 시간이 흐르게 된다. 그 다음에 어떤 일이 벌어질지는 아직 알 수 없다.

다만 확실한 건 2가지가 있다. 하나는 곧바로 즉사를 하는 것이다. 블랙홀은 공간을 구부러뜨리기 때문에 사건 지평선을 넘게 되면 한 곳으로만 갈 수 있다. 사건 지평선 안은 마치 한 발자국을 내딛을 때마다 닫혀버리는 함정과도 같다. 블랙홀은 모든 무게가 한 점에 집중되어 있어서 발끝과 머리끝처럼 조금만 떨어진 지점도 수백만 배 차이가 나는 중력이 걸리게 된다. 몸이 엿가락처럼 늘어나고 세포까지 찢어지다가 아주 가느다란 플라즈마가 되야 멈춘다.

다른 하나는 들어가기도 전 찰나의 순간에 죽는 것이다. 사건 지평선을 넘는 순간 벽에 부딪혀 죽는 것이다. 사건 지평선을 넘으면서 불벼락에 순식간에 갈려 나가는 것이다.

어떻게 해도 죽는 것이지만 어떻게 죽을지는 블랙홀의 질량에 달려 있다. 작은 블랙홀이라면 사건 지평선까지 살아서 도착하기도 힘들다. 반대로 큰 블랙홀이라면 사건 지평선 안쪽을 구경해볼 수도 있을 것이다. 특이점에서 멀수록 상대적으로 살기 좋은 곳이다.

태양보다 질량이 작은 것은 물론 소행성대에 이르기까지 블랙홀의 크기는 다양하다. 현재까지 가장 큰 블랙홀은 S5 0014+81이다. 태양보다 400억 배에 달하는 질량을 갖고 있으며 직경은 2,367억km, 그러니까 태양에서 명왕성까지 거리의 47배에 달한다.

물론 강력한 블랙홀일수록 호킹복사로 더 빨리 증발하게 된다. 빈 공간이 있을 때 여기에는 실제로 비어있는 게 아니라 가상 입자가 위치하게 된다. 하지만 이런 가상 입자는 쌍을 지어 생성과 소멸을 반복한다. 만일 블랙홀 경계에서 가상 입자가 나타나면 입자 중 하나는 블랙홀에 빨려 들어가고 나머지 하나만 물질이 된다. 이런 과정을 거치면서 블랙홀은 에너지를 잃게 된다.

블랙홀의 증발은 처음에는 느리지만 블랙홀이 작아질수록 점차 빨라진다. 결국 소행성 정도 무게가 되면 약한 열을 내다가 산만한 무게가 되면 태양 정도 수준의 열, 마지막에는 핵폭발의 수십억 배 수준으로 폭발되면서 사라진다. 가장 큰 블랙홀은 이런 과정을 거쳐 증발하는 데에만 1구골년(Googol. 10의 100제곱)이 걸린다. 너무 긴 시간이어서 증발한 무렵이라면 생명은 존재할 수 없어 아무도 볼 수 없게 될 것이다. 영상은 한글 자막을 곁들여 볼 수 있다.

한종진 IT칼럼니스트  hancook@hanmail.net

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