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| 그라바스타의 모델 |
1. 개요
그라바스타(gravastar)는 블랙홀 이론의 대안으로 O. 마주르와 에밀 모톨라가 고안한 가상의 천체이다. 블랙홀이 탄생할 때 와 마찬가지로 초신성 폭발로 생기지만 블랙홀의 사건의 지평선에 해당하는 껍질 부위에 모든 물질이 원자보다도 얇게 압축되고 내부는 완전한 진공이다. 이 천체의 사건의 지평선 밖에서는 일반적인 블랙홀의 물리법칙이 그대로 작용하지만, 항성 내부에서는 더시터르 공간이 있다.블랙홀 이론은 100년 넘게 제창된 후 수없이 많은 연구와 관측으로 존재가 실존되었다. 하지만 블랙홀 이론의 특이점 등 일부분은 지금까지 알려진 우주 법칙으로는 설명이 불가능하여 과학자들의 고민거리였는데, 이를 극복하고 실존하는 블랙홀도 잘 설명하는 새로운 이론 중 비교적 최신 이론이 그라바스타다.
2. 상세
그라바스타의 탄생 조건은 초신성 폭발시 블랙홀이 생성되는 과정에 대한 가설과 동일하다. 하지만 그라바스타 가설에서는 초신성 폭발 직전 단계에서 1초도 안되는 사이에 별의 모든 물질이 중심부로 응축 될 때, 중심부는 우주가 특정 크기의 공간에 담아낼 수 있는 에너지의 한계치를 초과하지 못해 단단한 모루 상태가 된다. 그리고 그 위에 추가로 쌓이는 별의 잔재는 계속해서 떨어지는 다른 물질에 망치처럼 두드려맞아 내부의 에너지와 외부의 낙하하는 물질 사이에서 단단하게 단조된다. 그 결과 이론적으로 존재 가능한 껍데기 행성이 탄생한다.그라비스타는 물질적으로 보면 원자핵만큼 얇지만 우주에서 가장 단단하고 밀도가 높은 구체 껍데기와 내부는 아무것도 없는 진공이지만 우주에서 이론적으로 존재할 수 있는 공간 밀도당 가장 높은 에너지를 담은 풍선이 된다. 외형적으로는 블랙홀과 완전히 동일하며 외부적으로 그라바스타는 블랙홀과 유사하게 보인다. 물질을 흡수하면서 방출되는 고에너지 방사선과 강착원반 형성, 물질을 흡수하면 성장하며 호킹 방사선을 내뿜는 것도 동일하다. 그러나 내부 구조는 완전히 다르다.
마주르와 모톨라의 원래 공식에서 이 천체의 외부는 p=ρ 거짓 진공 또는 "암흑 에너지", p=ρ 완전한 유체의 얇은 껍질, 진정한 진공 p=ρ=0을 특징으로 하는 중심 영역을 포함한다. 내부 영역은 암흑 에너지와 같은 행동으로 특이점으로의 붕괴를 방지하고 얇은 껍질의 존재는 무한한 블루 시프트를 피하면서 사건의 지평선의 형성을 방지한다. 내부 영역은 열역학적으로 엔트로피가 없으며 보스-아인슈타인 응축으로 추측할 수 있다. 광자가 중력 우물 밖으로 올라갈 때 광자의 심한 적색편이는 유체 껍질도 절대 영도에 가깝게 보이게 한다.
얇은 껍질을 가지고 있는 그라바스타 외에도 지속적인 압력을 받는 그라바스타도 제안되었다. 완벽한 구체가 아니며 덜 균일한 이방성 응력을 포함한다.
마주르와 모톨라는 그라바스타의 존재가 우주와 다중 우주론의 존재와 기원에 대한 설명이 될 수 있다고 한다. 왜냐하면 그들은 붕괴되는 항성에서 나오는 모든 물질은 블랙홀을 통해 파열되어 다른 차원으로 폭발하고 확장되기 때문이라고 생각하기 때문이다. 그들의 이론은 빅뱅에 관한 이론과 일치하는 면이 있다.
또한 그라바스타는 암흑 에너지가 어떻게 우주의 확장을 가속화하는지에 대한 이론을 설명 할 수 있다.
충돌하는 물체로부터 오는 중력파에 대한 레이저 간섭계 중력파 관측소의 관측은 그라바스타 개념과 일치하지 않거나 일반 블랙홀과 구별할 수 없는 것으로 밝혀졌다.
그라바스타는 블랙홀 이론을 대체하기 위한 목적으로 만들어진 만큼 실제로 관측된 현실 블랙홀의 특성을 동일하게 담고 있어야 하므로 대부분의 경우 그라바스타는 기존 블랙홀 이론에서 예측하는 블랙홀과 동일하게 작용하나 한가지 다른 점이 있다. 두 블랙홀이 가까워지다가 광속으로 합쳐지는 순간 초신성 폭발처럼 우주공간에 중력파를 내뿜는데, 블랙홀 이론에 따르면 중력파의 파형이 북처럼 둥둥 울리면서 점점 빠르게 고조되다가 합체 순간 순식간에 고요해지는 반면, 그라바스타는 합체 후 징처럼 요란하게 계속해서 울려댄다. 다만 현재 기술로는 이 두 종류의 중력파 파형을 구분할 수 있을 정도로 측정기기가 정밀하지 못하고 주변에서도 중력파가 요란하게 요동쳐서 노이즈가 많은 상태라 단시일 내에 증명하기는 힘들 것이다.