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선을 넘는 과학자들

[도서] 선을 넘는 과학자들

애나 크롤리 레딩 저

내용 평점 5점

구성 평점 5점


 

 

가장 심오한 우주 미스터리 블랙홀. 불가능한 일이라 생각했던 블랙홀 사진이 2019년 4월 공개된 이래 2022년 5월 우리은하에 위치한 블랙홀 사진이 공개되면서 전 세계를 다시 한번 흥분의 도가니에 빠뜨렸습니다.

 

그동안 이론에만 불과했던 것을 망원경이 직접 잡아낸 이미지로 시각적으로 볼 수 있게 된 블랙홀. 수많은 세월 동안 한국인 연구자들을 포함해 300명이 넘는 연구진이 세계적 수준의 네트워크로 협력해 이뤄낸 결과입니다. <선을 넘는 과학자들>은 바로 이 프로젝트의 여정을 담은 책입니다. 낯선 과학 용어를 쉽게 설명해 주고 우주 과학 분야를 다룬 책과 영화를 소개하기도 하며 청소년들이 쉽게 접근할 수 있게 도와줍니다. 청소년 과학도서이지만 블랙홀에 대한 미스터리에 관심 많은 일반인이 읽기 좋은 수준입니다. 

 

블랙홀 추리의 역사는 과학계에서 아주 오래전부터 있었습니다. 뉴턴의 만유인력 법칙, 아인슈타인의 일반상대성이론, 스티븐 호킹의 호킹 복사 이론 등을 바탕으로 1990년대 우리은하에서 블랙홀을 발견하기에 이르면서 블랙홀의 존재에 대한 이론이 쌓여갑니다.

 

블랙홀은 태양보다 몇 배는 큰 거대질량 별이 죽고 나면 생깁니다. 질량이 크면 중력도 그만큼 큽니다. 거대질량 별이 붕괴할 때 완전히 짓이겨진 별 찌꺼기가 마침내 한 점으로 줄어드는 특이점이 생기고, 블랙홀 안에 이 특이점이 있다고 믿고 있습니다. 지구가 탁구공 크기로 압축되면 지구도 블랙홀이 될 수 있다고 합니다.

 

블랙홀 안에서는 우리가 알고 있는 물리 법칙이 모두 사라집니다. 중력 붕괴 때문에 시공간이 안으로 무너지기 때문입니다. 그래서 우리는 블랙홀이란 가까이 다가온 것을 닥치는 대로 집어삼키는 것 정도로만 알고 있습니다. 다른 우주로 넘어가는 통로라는 상상력을 펼치기도 합니다. 

 

초거대질량 블랙홀이 있는 궁수자리 A* (궁수자리 A별이라고 읽습니다). 태양 질량의 400배로 우리은하에 위치하고 있습니다. M87 은하의 처녀자리에도 태양 질량의 65억 배로 큰 블랙홀이 있습니다. 블랙홀의 위치도 알고 있고 이론도 완벽한데 문제는 실제로 본 사람이 아무도 없다는 데 있습니다. 우주 속 검은 점의 사진을 어떻게 찍을 수 있을까요.

 

열두 살 때 일식을 관찰하며 우주에 매료된 이후 열다섯 살에 대학 입학을 하는 등 대단한 이력을 가진 셰퍼드 돌먼이 이 일에 매달립니다. 너무 어려서, 너무 똑똑해서 아웃사이더였던 그의 단점이 하나에 매달려 끝장을 보겠다는 강점으로 활용된 겁니다. 인류 최초 블랙홀 이미지를 촬영하기 위한 국제 연구팀을 이끌게 됩니다. 사건 지평선 망원경 프로젝트, 일명 EHT 프로젝트입니다.

 

사람이 눈으로 볼 수 있는 건 한정적입니다. 전파 신호를 포착하려면 특별한 망원경이 필요합니다. 우주에서 오는 빛의 파동을 수신할 뿐만 아니라 송출하기도 하는 전파망원경이 필요합니다. 그것도 한 대가 아니라 여러 대의 전파망원경이 필요했습니다. 해상도를 높이기 위해 말이죠. 뉴욕 엠파이어스테이트 빌딩에서 런던의 어느 카페 테이블에 놓인 신문을 읽을 수 있는 수준의 해상도가 필요했습니다.

 

돌먼이 블랙홀 촬영을 하는 방법은 세계 여러 곳에 있는 전파망원경을 정확히 같은 시간에 관측해 모은 데이터를 분석해 이미징하는 방식입니다. 시간, 비용, 에너지가 만만찮습니다. 처음엔 실패하기도 했습니다. 

 

지구 전체에 있는 망원경을 묶어서 지구만큼 큰 전파망원경 네트워크를 만들기 위한 돌먼의 목표는 전례 없는 수준의 협력이 있어야 가능했습니다. EHT 프로젝트에는 300명이 넘는 사람들이 참여하고 있습니다. 망원경 네트워크를 스페인, 멕시코, 애리조나, 하와이, 칠레, 남극의 여덟 군데 망원경 현장으로 확장해 원자시계도 장착하고 블랙홀 촬영에 알맞게 망원경을 보정 및 개량합니다. 이 보정 작업만 해도 수 년이 걸렸습니다. M87*과 궁수자리 A*를 보려면 딱 열흘만 가능했습니다. 날씨 상황에 따라 변수도 작용합니다. 과연 찍혔을까요.

 

600만 기가바이트 분량의 데이터를 통합해 이미지로 만드는 작업은 편향이나 간섭 없이 별개의 팀들이 분석해 같은 날 동시에 공개하기로 했습니다. 이 이미지들이 똑같다면 블랙홀 사진이라는 게 믿을 만해지는 거죠. 그리고 결과는 성공적이었습니다. 아인슈타인의 이론이 증명되었고, 블랙홀의 강력한 중력 때문에 빛이 휘어진 것을 보여주는 동그란 고리 모양을 눈으로 확인하게 되었습니다.

 

2019년 기자회견을 통해 발표된 인류 최초의 블랙홀 사진은 M87 은하의 중심부를 EHT로 관측해 얻어낸 블랙홀 사진이었습니다. 궁수자리 A*보다 M87*의 데이터를 먼저 분석했기 때문입니다. 그리고 2022년 5월 드디어 궁수자리 A* 블랙홀 사진이 발표된 겁니다.

 

한국판 <선을 넘는 과학자들>에서는 EHT 프로젝트에 합류했던 자랑스러운 한국인 블랙홀 연구자들을 소개합니다. EHT 프로젝트 한국 팀을 성공적으로 이끈 한국천문연구원 손봉원 박사의 인터뷰도 실려있습니다.

 

지구에서 가장 가까운 초거대질량 블랙홀인 궁수자리 A* 블랙홀 관측까지 성공적으로 이뤄내면서 미지의 우주에 대한 미스터리를 확인하기 위해 오늘도 열심히 연구하는 이들의 이야기 <선을 넘는 과학자들>. 블랙홀 관측이 가진 의미와 앞으로의 과제 등 우주와 자연에 대한 이해를 발전시키기 위해 노력하는 과학자들의 도전을 만날 수 있는 뜻깊은 시간입니다.


 

 
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