블랙홀의 '수소 소진 & 중심 코어'에 대해 알아보기

블랙홀의 형성과 진화는 주로 대량의 별이 수명을 다하고 중력에 의해 붕괴할 때 발생합니다. 그 블랙홀의 형성과정에 해당하는 '수소 소진'과 '중심 코어'에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

▣ 수소 소진 & 중심 코어

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▶ 수소 소진과 중심 코어의 형성

• 별은 핵융합 과정에서 수소를 헬륨으로 변환합니다. 이러한 핵융합은 별의 중심에서 가장 뜨거운 영역에서 발생합니다. 초기에는 수소 핵융합이 주로 일어나지만, 수소가 소진되면 더 무거운 원소들로의 핵융합이 진행됩니다.
• 대량의 별의 경우, 이러한 핵융합 과정이 지속되면서 마지막으로 철 핵이 생성됩니다. 철은 핵융합으로 에너지를 생성할 수 없는 원소이기 때문에 이 단계에서 별은 중력에 의해 계속해서 수축하게 됩니다.
• 수축이 진행되면서 중심 부근에 고밀도의 물질이 형성되고, 중심 코어(core)라 불리는 부분이 형성됩니다.

▶ 중심 코어의 형성과 중력 붕괴

• 중심 코어는 주로 철이나 그 이상의 원소로 이루어진 고밀도 구조를 가집니다. 중심 코어의 질량이 일정한 크기를 넘어서면 중력에 의한 압축이 계속해서 일어나면서 더 이상의 핵융합이 일어나지 않게 됩니다.
• 중심 코어의 질량이 일정한 한계값을 넘어설 때, 중력이 ⓛ양자 역학적인 효과에 의해 더 이상 압축되지 않고 붕괴합니다. 이 때, 대부분의 ②중성자는 ③프로톤과 전자로 합쳐지면서 중성자성이 형성됩니다.
• 이러한 과정에서 별의 외부 부분은 중심 코어의 붕괴에 의해 압축되고, 별 외부에서는 초신성 폭발이 발생할 수 있습니다. 대량의 에너지가 방출되면서 초신성은 주변 우주에 빛나는 현상을 일으킵니다.

▼ 용어 정리

ⓛ 양자 역학
아주 작은 크기의 입자나 물체, 특히 원자, 분자, 또는 더 작은 입자의 행동을 설명하는 이론입니다.
· 파동-입자 이중성: 입자들이 일종의 파동처럼도 행동할 수 있다는 개념입니다. 이는 입자들이 위치와 운동 상태를 동시에 정확히 알 수 없다는 것을 의미합니다.

· 확률적 성질: 양자 역학에서는 입자의 상태를 정확하게 예측하는 것이 불가능하며, 대신에 입자의 상태를 확률적으로 나타냅니다. 예를 들어, 입자의 위치나 운동 상태를 예측할 때 정확한 값 대신 확률분포를 사용합니다.
· 양자 얽힘: 양자 역학에서는 한 입자의 상태가 다른 입자와 연결되어 있는 양자 얽힘 현상이 있습니다. 한 입자의 상태를 변경하면 다른 입자의 상태도 동시에 변경될 수 있습니다.
· 양자 상태 붕괴: 양자 역학에서는 시스템이 측정될 때, 시스템의 상태가 하나의 결정된 상태로 바뀌는 양자 상태 붕괴가 발생합니다.

② 중성자
·  원자핵의 구성 요소 중 하나로서 전하를 가지지 않는 입자입니다. 중성자와 양성자는 함께 원자핵을 형성하고 있습니다. 중성자의 질량은 양성자와 거의 동일하지만 전하가 없기 때문에 중성자는 전하에 의한 전자의 반발력이나 전자와의 상호작용을 거의 경험하지 않습니다.

·  중성자는 핵 반응에서 주로 역할을 합니다. 특히, 핵융합 반응에서 중성자는 두 수소 원자핵이 합쳐져 헬륨 핵을 형성하는 과정에서 방출되거나 사용될 수 있습니다. 또한, 원자핵 붕괴나 핵분열과 같은 핵 반응에서도 중성자가 생성되거나 관여할 수 있습니다.

·  중성자는 자연계에서 안정적인 상태에서 존재하는 원자핵을 이루는 입자 중 하나이며, 핵 에너지 및 핵 반응에서의 중요한 역할을 합니다. 또한, 중성자는 핵무기 및 핵발전소에서도 사용되는 핵 반응에서의 중요한 요소입니다.

③ 프로톤
·  양성 전하를 가진, 원자핵을 이루는 입자 중 하나입니다. 프로톤은 양자 역학에서는 양성자라고도 불리는데, 양성자와 프로톤은 동의어로 사용됩니다.

·   프로톤은 양성 전하를 갖고 있기 때문에 음전하를 가진 전자와 상호 작용할 수 있습니다. 하지만, 프로톤은 전자와 달리 질량이 상당히 큽니다. 양성자와 전자는 함께 원자를 이루는데, 원자의 핵(core)를 형성하는 입자입니다.

·   프로톤은 수소 원자의 핵에 존재하는 입자 중 하나이며, 또한 헬륨, 산소, 철 등의 원자핵에서도 찾아볼 수 있습니다. 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있으며, 프로톤은 이 중 양성자의 일종입니다. 같은 수의 양성자를 가진 두 원자핵은 서로 중력으로 인해 결합하여 분자를 형성하거나 원자핵 융합 반응에서 헬륨 등의 더 무거운 원소를 생성하는데 기여합니다.

 

오늘은 블랙홀의 형성에 기여하는 수소 소진과 중심 코어에 대해 알아보았습니다. 어려운 용어가 많고 내용이 어려워 이해하기 어려운 부분이 많은거 같습니다. 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠습니다.