우주에서 가장 불가사의한 존재,
블랙홀은 실제로 어떻게 생겼을까?
블랙홀이 무엇일까? 블랙홀은 어떻게 태어났을까? 블랙홀에 빨려 들어가면 어떤 일이 벌어질까? 블랙홀은 처음에는 외면받았고 오랫동안 커다란 논란거리였으나 지금은 대중의 관심을 모으는 천체다. 그래서인지 각종 영화와 소설의 주요 소재가 되곤 한다. 하지만 우리 대부분에게 낯설기도 하다. 들어가면 나올 수 없는 미지의 세계, 가까이 오는 것을 닥치는 대로 집어삼키는 존재 정도로 막연하게만 알고 있다. 그도 그럴 것이 밝혀진 사실보다 밝혀질 사실이 훨씬 더 많기 때문이다.
블랙홀이 존재할 가능성을 눈치채고, 그 작용 원리를 추리하고, 증명하기란 쉽지 않은 일이다. 그럼에도 이 미지의 존재에 대해서 이미 오래전부터 많은 과학자가 이야기해 왔다. 마치 릴레이 경주처럼 블랙홀 연구의 바통이 넘어갔다. 뉴턴, 슈바르츠실트, 찬드라세카르, 호킹 등 여러 명의 과학자가 오랜 세월에 걸쳐 결정적인 증거를 찾아냈다. 블랙홀에 대한 과학적 증거는 확고했다. 하지만 이론뿐이었다.
그러던 중 2019년, 사상 최초로 블랙홀 사진이 발표된다. 그전까지 우리가 알던 이론이 아니라 망원경이 직접 잡아낸 실제였다. 그전까지 그 누구도, 어떤 우주 탐사 장치도 블랙홀을 본 적이 없었다. 모두가 상상하고 추측했을 뿐이다.
한계와 국경, 사건 지평선까지
수많은 선을 넘어 마침내 블랙홀을 보았다!
《선을 넘는 과학자들》은 인류 최초로 블랙홀 촬영에 성공한 과학자들의 이야기다. 도입부에서는 블랙홀이라는 개념이 어떻게 등장하게 되었는지, 어떤 과학자들의 연구를 거쳤는지, 지금까지 밝혀낸 것은 무엇인지 등을 알 수 있다. 2장부터는 블랙홀 촬영을 위해 만든 ‘사건 지평선 망원경(EHT) 프로젝트팀’의 본격적인 연구 과정이 흥미롭게 펼쳐진다. 과학자들이 우주를 꿈꾸던 어린 시절의 경험부터, 부딪치고 실패하며 일어나 블랙홀을 증명하기까지의 여정이 담겨 있다. 목표를 이룰 만한 기술이 없어 직접 개발해야 했고, 혼자 할 수 있는 일도 아니었으며, 많은 자원이 필요했다. 하지만 300명이 넘는 연구진은 끝까지 힘을 모았고, 모두가 불가능하다고 했던 일을 결국 해냈다. 지금까지 블랙홀에 대해 잘 몰랐거나 우주과학에 관심이 없던 독자라도 푹 빠져들 만한 이야기다.
이 책에는 블랙홀 촬영 과정 외에도 눈여겨볼 만한 내용이 풍성하다. 먼저 각 장 끝에 실린 ‘블랙홀 추적 일기’는 블랙홀의 구조부터 EHT 프로젝트 연구진 소개, 세계 각지의 전파망원경 소개까지 흥미를 북돋아 주는 내용이 가득하다. 원서에는 없는, 한국판에 더해진 특별한 내용도 있다. 본문 앞에 실린 부록 ‘블랙홀 연구의 역사’에서는 과거에 과학자들이 블랙홀의 존재를 추측하고, 발견하고, 연구하기까지의 전체 흐름을 한눈에 볼 수 있도록 돕는다. 또한 EHT 프로젝트에 참여한 과학자들 가운데 한국팀을 따로 소개한 것도 큰 특징이다. 한국팀 연구원들을 소개하는 글과 책임자였던 손봉원 박사의 인터뷰는 청소년들이 블랙홀 연구를 더 가까이 느끼고 도전할 수 있도록 격려한다. 우주과학에 관심 있는 미래의 천문학자들에게 손을 내민다.
20개국, 59개 기관, 300명이 넘는 과학자가 참여해
세계적 협력의 가치를 증명하다
EHT 프로젝트에는 기적 같은 결과보다 값진 가치가 담겨 있다. 한두 명의 과학자가 해낸 일이 아니라는 사실이다. 그럴 수도 없는 일이었다. 블랙홀을 촬영하려면 지구 각지의 망원경이 필요하다. 멀리 떨어진 망원경이 각자의 자리에서 하나의 망원경처럼 움직일 때 비로소 블랙홀이라는 천체를 마주할 수 있게 된다. 이를 위해 많은 사람이 협력했다. 망원경만 있다고 되는 일은 아니다. 하나의 목표를 바라보며 세계 곳곳의 연구자들이 힘을 모았다. 과학, 수학, 엔지니어, 홍보 등 전공 분야도 저마다 다양했다.
이 책은 협력의 중요성을 꾸준히 이야기한다. 책을 읽다 보면 자연스럽게 힘을 모으는 일에 대해 생각하게 된다. EHT 연구진은 업적을 이뤄 가는 과정을 통해 협력의 가치를 몸소 증명했다. 블랙홀 촬영 성공은 수많은 사람이 협동하기로 결정하고, 갈등을 이기고 공동의 목표를 향한 결과다. 이들이 모였을 때도 세상은 혼란스러웠다. 전쟁이 일어나고 나라 사이의 갈등으로 국경이 닫혔다. 각지에서 폭동이 일어났으며, 전염병이 돌기도 했다. 사람들 사이에는 의심과 불신이 깊어갔다. 하지만 이 모든 상황 속에서도 한마음으로 협동해 관측을 준비했고, 마침내 성공했다. 300명이 넘는 사람이 서로 배려하며 비밀을 지켰고, 전 세계에서 동시에 발표할 수 있었다. “세상 사람 모두 블랙홀을 보려면 세상 사람 모두가 협력해야 했다.”
블랙홀 촬영을 성공하면서 블랙홀 연구도 새로운 단계에 들어섰다. 블랙홀 연구는 이제 시작일 뿐이다. 아직 풀지 못한 비밀이 많이 남아 있다. 다음으로 블랙홀 연구의 바통을 이을 사람은 누가 될까? 우리 청소년들이 마음을 열고, 인류의 미스터리를 푸는 일에 동...참하기를 바란다. 오늘은 불가능해 보일지도 모르지만 내일은 새로운 것을 찾아낼 수 있을 테니까.
블랙홀 연구의 역사
들어가는 글┃무섭지만 끌리는 블랙홀에 대해
01 블랙홀이 대체 뭔데?
무한대로 작고 무한대로 무거운
시공간을 휘어 버리는 존재
모든 것을 빨아들이다
블랙홀을 증명할 수 있을까
블랙홀 추적 일기 1블랙홀의 구조
02 빛과 그림자를 쫓아서
블랙홀을 만나기 위한 준비
세상 끝자락에서
블랙홀 추적 일기 2보이지 않는 하늘을 보는 법
03 블랙홀의 흔적을 찾다
블랙홀을 보고야 말겠어
블랙홀 추적 시작
블랙홀 추적 일기 3증거를 찾는 탐정단
04 보이지 않는 것을 보는 방법
온 세상의 도움이 필요한 일
목표를 위한 여섯 단계
블랙홀 추적 일기 4M87 은하의 블랙홀
05 구원투수 등장
지구 반대편의 또 다른 과학자
두 과학자가 만나다
블랙홀 추적 일기 5연구진을 만나자 ①
06 연구를 하려면 돈이 필요해
연구 자금을 모으자
블랙홀 추적 일기 6질문 있나요?
07 가장 높은 산을 오르는 길
세계 각지의 망원경을 하나로
남극, 멕시코, 칠레, 그리고 곳곳에서
블랙홀 추적 일기 7망원경 투어 ①
08 같이 눈사람 만들지 않을래?
과학에 흠뻑 빠진 아이
블랙홀 탐정단에 합류하다
블랙홀 추적 일기 8인터스텔라
09 진행할 시간
마침내 때가 왔다
블...랙홀 추적 일기 9망원경 투어 ②
10 소음을 넘어서
데이터는 무엇을 목격했을까
블랙홀 추적 일기 10연구진을 만나자 ②
11 간절한 마음
정말 블랙홀 사진이 맞을까
블랙홀 추적 일기 11연구진을 만나자 ③
12 기다리고 기다리던
마침내 얻은 블랙홀 사진
블랙홀 추적 일기 12연구진을 만나자 ④
13 쉿, 비밀을 지켜야 해
우리는 하나
함께 발견했으니 발표도 함께하자
블랙홀 추적 일기 13우리의 사명
14 주목! 블랙홀 사진 발표
“우리는 봤고, 사진도 찍었습니다”
세상을 기쁘게 하다
블랙홀 추적 일기 14예측하지 못한 일
15 다음은 무엇일까?
아직 모르는 게 많기에
블랙홀 추적 일기 15한국의 블랙홀 탐정단
손봉원 박사 7문 7답
교과 연계
유달리 큰 별이 죽고 나면 블랙홀이 생긴다._첫 문장
가까이 오는 건 모조리 빨아들인다는 미심쩍기 짝이 없는 우주 공간에 대해 처음 이야기했을 때 사람들은 "우와~" 대신에 "에이~"로 반응했다. 왜냐하면 솔직히 그 누구도 몰랐기 때문이다. 대체 무엇 때문에 우주 공간이 그런 짓을 한단 말인가?_31쪽
증거는 확고했다. 천체물리학자들은 눈에 보이지 않는 거대한 중력 주위를 맴도는 빛과 물질의 움직임을 볼 수 있었다. 별들이 블랙홀 근처에서 움직이는 모습도 관찰할 수 있었다. 또 블랙홀에서 입자들과 방사선이 뿜어져 나오는 것도 이미 봤다. (중략) 그러니 블랙홀에 대한 과학적 증거는 있었다. 하지만 아무리 그렇다 해도 실제로 블랙홀을 본 사람은 전혀, 절대, 결단코 없었다._32쪽
마치 릴레이 경주처럼 블랙홀 연구의 바통이 넘어갔다. 아인슈타인에게서 슈바르츠실트, 다시 찬드라세카르, 그리고 또다시 호킹에게로. 다음에는 어떤 도약이 일어날까? 누가 아무도 부인 못 할 확고한 증거로 사진을 제시할까? 다음으로 바통을 이을 사람은 과연 누구일까?_34쪽
은하와 물결에 관해 더 세부적인 부분을 더 높은 해상도로 보고 싶다면, 전파망원경 여러 대를 연결해야 한다. 안테나 여러 대를 그룹으로 설치한 다음 동일한 천체를 겨냥한 뒤 동시에 같이 관측하는 것이다. 이후 각각의 안테나가 관측한 내용을 하나로 모아 통합한다. 이렇게 데이터를 서로 맞추는 과정 덕분에 여러 대의 망원경이 크고 강력한 전파망원경 한 대로 탄생한다._52쪽
매사추세츠로 돌아온 연구진은 데이터를 슈퍼컴퓨터로 돌렸다. 계속해서 돌리고 또 돌렸다. 검토하고 또 검토했다. 정확히 하느라 몇 개월을 소비했다. 그리고 마침내, 결과가 나왔다.
결과는 처참했다. 탐지된 게 없었다. 실험에 실패했다._67쪽
시대적 배경을 보면 특히 대단하다. 당시 서부 아프리카에서는 에볼라바이러스 때문에 전염병이 돌았고, 우크라이나 크림반도에서는 전쟁이 일어났고, 이스라엘과 팔레스타인은 전쟁 직전 상태였으며, 홍콩에서는 저항 시위가 있었고, IS가 생겼고, 미국에서는 흑인을 가혹하게 다룬 경찰에 반발한 폭동 등이 있었다. 이 모든 상황 속에서도 연구진은 한마음으로 협동해 65시간이나 되는 관측 시간을 쌓았다. 인류가 우주를 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해서였다._143쪽
블랙홀은 과연 실제로 어떻게 생겼을까? 고리? 뒤죽박죽 덩어리? 희부연 얼룩? 아무도 예측할 수 없었다. 물론 블랙홀이 어떻게 생겼을지에 대해서는 유명한 물리학자들이 수십 년간 발표해 왔다. 하지만 연구진이 보고 싶은 건 이론이 아니라 망원경이 직접 잡아낸 것이었다._155쪽
그들은 이겨 냈다. 그 점이 중요했다. 그들은 난해한 과학을 떠안고, 각자 다른 견해와 문제 해결 방법을 받아들이고, 과학의 이름으로 함께 협력해 난관을 이겨 내고 우주와 우주 속 인간의 위치에 대한 이해를 넓혔다._193쪽
연구진은 이미 전 세계 여기저기에 망원경을 추가하고 있다. 망원경을 추가할수록 더 많은 데이터로 훨씬 선명한 해상도를 얻을 수 있다. 망원경이 더 많아지면 별을 소멸시킬 수도 있는 블랙홀 제트에 대해 상세한 정보를 얻게 될지도 모른다. 블랙홀과 블랙홀이 살고 있는 은하의 관계에 대해서도 더 많이 알게 될까?_211쪽
애나 크롤리 레딩 [저]
어릴 적부터 호기심 많고 글쓰기를 좋아하던 소녀였다. 세상에 대한 넘치는 질문으로 탐사 전문 기자가 되었고, 앵커이자 저널리스트로 활동했다. 언론 분야에서 탁월함을 보인 사람에게 수여하는 에드워드 R. 머로상을 비롯해 방송계의 오스카상으로 불리는 에미상을 수상했다. 현재는 두 아들을 키우면서 어린이와 청소년을 위한 글을 쓰고 있다. 최근 저서 《구글 잇》과 《일론 머스크》는 2019년과 2020년에 각각 전 세계에서 가장 큰 과학 교사 모임인 국립과학교사협회(National Science Teachers Association, NSTA)에서 선정하는 ‘최고의 STEM(과학·기술·공학·수학) 도서’로 선정됐다.
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