블랙홀은 어디에서 생길까

별은 균형을 이루며 살아가요. 중심핵의 핵반응에서 나온 에너지는 바깥쪽으로 밀어내고, 별 자체의 중력은 안쪽으로 끌어당겨요. 연료가 있는 동안에는 이 균형이 유지돼요. 핵반응이 멈추면 바깥쪽으로 미는 압력도 사라져요.

마지막에 무엇이 남는지는 질량에 달려 있어요. 가벼운 별에서는 조밀하게 식어 가는 구체가 남아요. 더 무거운 별에서는 상상하기 어려울 만큼 밀도가 높은 물질로 이루어진 천체가 남아요. 가장 질량이 큰 별에서만 붕괴를 막을 수 있는 것이 아무것도 없어요.

두 번째 결과와 세 번째 결과 사이의 경계는 좁고, 대략적으로만 알려져 있어요. 그래서 그 경계 가까이에 있는 천체가 흥미로운 거예요. 물질이 정확히 어디에서 자기 중력에 더는 저항하지 못하는지 밝혀내는 데 도움이 되거든요.

이때 방출된 외피는 은하 전체만큼 밝은 섬광으로 보여요. 어딘가에서 붕괴가 일어났다는 사실을 우리는 주로 이런 섬광으로 알아내요. 남겨진 천체 자체는 빛을 내지 않거든요.

그 차이는 엄청나서 단순히 물질을 계속 쌓는 것만으로는 설명하기 어려워요. 물질을 흡수하는 데는 한계가 있어요. 떨어지는 가스가 내는 복사가 뒤따르는 가스를 밀어내고, 성장 속도는 한계에 부딪혀요.

초기 우주를 관측하면서 문제는 더 심각해졌어요. 초기 수억 년 안에 이미 존재했던 거대한 천체들이 발견되거든요. 별 크기에서 점진적으로 성장할 시간은 분명 충분하지 않았어요.

그래서 씨앗이 어떻게 생겼는지에 관한 몇 가지 가설이 나왔어요. 별 단계를 거치지 않고 거대한 가스 구름이 직접 붕괴했다는 가설, 밀집 성단 안에서 수많은 천체가 합쳐졌다는 가설, 매우 질량이 큰 최초의 별이 있었다는 가설이에요. 아직 최종적으로 받아들여진 가설은 없어요.

병합 관측도 도움이 돼요. 시공간의 흔들림을 감지하는 검출기가 포착한 신호는 중간 질량 천체를 보여줬어요. 예전에는 거의 발견되지 않던 바로 그런 크기의 천체였어요.

최근 확인된 세 번째 경로도 있어요. 바로 병합이에요. 서로의 주위를 도는 두 블랙홀은 결국 하나로 합쳐지고, 이 사건은 빛이 아니라 시공간의 흔들림으로 포착돼요.