흔한 블랙홀의 무게
최강한화
24
11826
5
1
2019.03.11 17:53
다음글 : 살인사건을 목격한 앵무새
낫띵이즈트루
프로Passer
박신혜
아드만
두더기
올레
탱구
젠틀맨
먹방
푸름
B급인생
최예나
두려움과떨림
네그거맞아요
게망봉함
네이마르
세정
Nikeshoe
파오리퍄퍄
Best Comment
쉽게 말하면 물체가 당기는 힘 즉 중력을 이용해서 계산하는거임.
말로 쉽게 이해될 성질은 아니지만 얘기해보면 지구의 공전주기는 365일인건 당연히 알지? 그럼 수성,금성의 태양 공전주기는 어떻게될까? 찾아보기 귀찮아서 잘 모르지만 당연히 지구보다 짧겠지.
수성의 공전주기를 예를들어 100일과 질량이 지구보다 가볍다고 가정했을때, 수성의 질량을 지구의 질량만큼 늘리면 어떻게될까? f=ma도 뉴턴의 법칙 중 하난데 이건 눈에 익을꺼야. m이 질량이고 f가 힘인데 공식대로면 질량이 늘어나면 당연히 힘(중력)도 커지는데 이건 잘 몰라도 되고 아무튼 수성의 질량이 늘어나면 태양의 중력은 기존 그대론데 수성의 질량만 늘어난거니 공전주기가 늘어나겠지. 예를들면 100일에서 130일 이런식으로.
그렇다면 항성 혹은 행성의 공전궤도와 주기가 질량과 연관이 있다는건 눈치챘을꺼야.
근데 여기서 더 자세히 질량 구하는 법으로 들어가면 만유인력부터 뉴턴의 케플러3법칙도 다 알아야되는거라 까다로우니 패스. 아무튼 공전궤도와 주기만 알면 질량 구하는건 어렵지 않아서 달의 공전궤도와 주기만 보고도 지구의 질량을 측정할 수 있어.
또 여기서 생각할게 멀리있는 항성의 무게같은건 어떻게 재냐?
태양도 우리 눈에는 한 자리에 그대로 있는 것 같지만 실제론 태양계 행성들 중력에 영향을 받고있기때문에 실제론 꼼짝안하는게 아니고 미세하게 원형으로 움직이거든. 이걸 먼 거리에 있는 항성의 미세한 궤도를 측정하면 주변 행성의 궤도와 주기까지 알고 또 질량까지 구할 수 있게되는거지. 이걸로 원래는 행성은 스스로 빛을 안내서 관측이 안됐는데 항성도 돈다는 걸 알고나서 행성까지 찾을 수 있게 된거고 가끔 기사에 몇광년 거리에 지구와 비슷한 크기와 질량의 제2의 지구 발견 이런것도 이런 식으로 구하는거야.
근데 내가 이해안되는건 블랙홀의 경우엔 주변 항성을 빨아들이면서 그 빛으로 블랙홀의 유무를 확인한다고 아는데 블랙홀의 경우 중력이 너무 강해서 항성이 일정한 공전궤도를 유지못하는데 어떻게 정확한 질량을 구할 수 있는지 모르겠네..
상대성 이론에 따르면 블랙홀은 시공간까지도 휘는 공간인데 질량을 더더욱 측정하는게 이상하기도하고..그냥 미스터리짤같기도하고..
답답해서 찾아보니 아직 블랙홀의 정확한 질량을 측정하는 방법은 없다네 위에 내가 말한 방식으로 대략적으로 유추만 하는건데 말한것처럼 공전궤도가 일정하지 않으니 대략적일뿐 정확한건 아니고 뭐 주변 분자 속도로 유추하는 방법도 제시했다는데 이것도 정확한건 아닌것같고..
만유인력 방정식 F=GMm/r^2 에서 힘의 크기를 구하는 것과 같은원리인데
케플러방정식에서 결국 천체의 운동은 중심의 질량과 천체가 그리는 궤도 반경에 관계되어 있음을 유도할 수 있음
간단하게 말하면 중력을 구하는 식에서 태양의 질량 M을 알고 싶으면 지구의 질량 m과 지구와 태양간거리 r 그리고 중력상수 G를 구하여 대입하면 된다는 것과 동일한 문제임
마찬가지로 은하 내에서 태양계도 은하 중심을 공전하는데 태양계로 따지면 초대질량 블랙홀이 태양의 역할을 하는 것이기 때문에 태양계의 무게와 태양계가 중심으로부터 얼마나 떨어졌는지, 그리고 일정한 값인 중력상수만 알게되면 은하 중심의 블랙홀 질량도 측정할 수 있는 것임.
처음에는 천체학자들이 은하 중심에 분포되는 질량이 태양의 수백억배나 된다는 사실을 받아들이기 힘들었음. 그러나 시간이 지나고 블랙홀에 대한 다양한 이론들이 나오고, 이 천체가 블랙홀이라는 사실을 확인하고자 궁수자리 A*나 사수자리같은 별의 움직임(은하중심의 블랙홀과 아주 근접한 천체)을 관찰한 결과 이것이 갖는 운동량이나 궤도운동이 블랙홀이 될수밖에 없으며 그 질량이 얼마나 되는지 까지 다시한번 확인함으로써 알게됨.
최신의 이론들은 블랙홀이 발산하는 호킹복사나 X, γ선의 발산, 근접 천체의 운동, 사건의 지평선 근처의 분자의 운동에너지 변화(편이량 측정), 중력렌즈효과(상대론) 등의 방법을 블랙홀의 성질과 상태를 유추하는 방법으로 사용하는데, 중요한건 특이점 이내의 블랙홀을 설명할 수 없는 한, 블랙홀은 여전히 미지의 천체일 수 밖에 없다는 것임.
예컨데 수성과 태양사이의 공전운동에는 수성의 질량변화가 미치는 궤도운동의 변화는 무시될정도로 작음.
2. 궤도운동에는 질량에 의한 힘의 관계가 작용하기 보다는 (타원/원운동에서 중심 질량을 고려하거나 하지 않는 다는것과 동일) 궤도의 반경과 당기는 구심력의 관계가 더 명확히 작용
3. 양쪽의 어느 천체든 질량이 늘어나면 공전주기는 작아짐. rocket propulsion의 문제처럼 질량방출로 해석하게 되면 주기는 일정한 반면 장반경에 변화가 생김
궤도운동을 해석할 것인지 질량을 해석할 것인지는 보는 관점에 따라서 다름