블랙홀 연구자 3명이 2020년 노벨 물리학상을 수상했다.

로저 펜로즈 경(Sir Roger Penrose), 레너드 겐젤(Reinhard Genzel) 및 안드레아 게즈(Andrea Ghez)는 스웨덴 스톡홀름에서 열린 기자 회견에서 올해의 수상자로 발표됐다. 수상자는 1,000만 크로나(약 13억200만원)의 상금을 공유한다.

물리학상위원회 위원장 데이비드 하빌렌드(David Haviland)는 올해 수상이 “우주에서 가장 이국적인 물체 중 하나를 기념하는 것”이라고 말했다.

블랙홀은 중력이 너무 강해서 빛조차 빠져나갈 수 없는 공간이다. 영국 태생의 물리학자인 옥스퍼드 대학 로저 펜로즈 경은 블랙홀이 앨버트 아인슈타인 일반 상대성 이론의 불가피한 결과임을 증명했다.

이벤트호라이즌망원경(Event Horizon Telescope) 과학자들이 은하 M87 중심 블랙홀의 첫 이미지를 획득했다. 이미지는 태양보다 65억 배나 큰 질량을 가진 블랙홀 주변의 강렬한 중력에서 빛이 굴절되어 형성되는 밝은 고리를 보여준다. 초대형 블랙홀의 존재에 대한 가장 강력한 증거로 블랙홀, 이벤트호라이즌 및 중력의 연구에 새 장 열었다. Credit: EHT.

펜로즈는 올해 상금의 절반을 받고 나머지 절반은 두 공동 수장자가 공유한다. 게즈 교수는 1901년 이후 200명 이상의 수상자 중 물리학상을 수상한 네 번째 여성이다. 다른 여성 수상자는 마리 퀴리(Marie Curie), 마리아 고퍼트 메이어(Maria Goeppert-Mayer) 및 2018년 수상자 도나 스트릭렌드(Donna Strickland)다.

노벨위원회는 “블랙홀의 역사는 18세기 말까지 거슬러 올라갑니다. 그런 다음 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 통해 우리는 이러한 물체를 실제로 묘사할 수 있는 도구를 갖게됐다. 그러나 이러한 물체의 수학은 엄청나게 복잡했다. 많은 연구자들은 종이에만 존재하는 수학적 인공물에 지나지 않는다고 믿었다. 연구자들이 실제 세계에 존재할 수 있다는 것을 깨닫는 데 수십 년이 걸렸다. 그게 로저 펜로즈가 한 일” 이라고 말했다.

그는 수학을 이해하고 새로운 도구를 도입한 다음 실제로 이것이 자연스럽게 일어날 것으로 예상할 수 있는 과정인 별이 붕괴돼 블랙홀로 변하는 과정임을 증명할 수 있었다.

펜로즈는 1931년 영국 콜체스터(Colchester)의 과학자 집안에서 태어났다. 그는 정신과 의사이자 유전학자인 리오넬 펜로즈(Lionel Penrose)와 유명한 영국 생리학자의 딸 마가렌 리드즈(Margaret Leathes)의 아들로 태어났다. 그의 형제 조나단은 체스 그랜드 마스터다. 그러나 로저 경은 어린 시절 수학을 잘했지만 시험에서는 그렇지 못했다.

그는 “선생님은 그가 나에게 충분한 시간을 주면 내가 잘할 것임을 깨달았다. 나는 모든 산술을 첫 번째 원칙에 따라 계산해야 한다고 생각한다. 나는 단지 느렸고 쓰기도 느리다”고 말했다.

1950년대에 그는 원근법으로 묘사할 수는 있지만 현실에는 존재할 수 없는 불가능한 물체인 펜로즈 삼각형을 생각해냈다. 영국 과학자 데니스 스키아마(Dennis Sciama)에게서 영감을 받은 펜로즈는 다음으로 자신의 수학적 능력을 물리학에 적용했다. 1965년 그는 블랙홀이 항상 공간과 시간이 끝나는 경계인 특이점을 숨긴다는 것을 보여줄 수있는 획기적인 논문을 발표했다

“갇힌 표면”의 수학적 개념은 이 이국적인 물체의 특성화에 있어 이 거대한 도약에 결정적이었다. 트랩 된 표면은 표면이 바깥쪽으로 구부러지든 안쪽으로 구부러져 있든 관계없이 모든 광선이 중심을 향하도록 한다. 일단 물질이 붕괴되기 시작하면 블랙홀이 형성되고 갇힌 표면이 형성되면 그 과정이 계속되는 것을 막을 수 없다.마찬가지로, 모든 물질은 한 방향으로 블랙홀의 사건 지평선을 가로 지르며, 모든 것은 특이점에서 피할 수없는 끝을 향해 운반된다.

1990년대에 레너드 겐젤과 안드레아 게즈는 는 우리 은하의 중심에 있는 초대 질량 블랙홀인 은하수에 대한 가장 확실한 증거를 제공했다. 그들은 궁수 자리 A *로 알려진 이 거대한 천체가 주위를 도는 별들을 잡아당기는 것을 발견했다.

미국 UCLA(캘리포니아대) 게즈 교수는 “상을 수상하게 돼 기쁘고 (물리학 분야에서) 노벨상을 수상한 네 번째 여성이라는 책임을 진지하게 받아들인다”고 말했다.

50년이 넘도록 물리학자들은 은하수의 중심에 블랙홀이 있을 수 있다고 생각했다. 그러나 이 아이디어가 입증되기 전에 기술이 따라 잡아야했다. 독일 막스 플랑크(Max Planck) 외계 물리학 연구소 겐젤 교수와 게즈 는 세계에서 가장 큰 망원경을 사용해 거대한 성간 가스 구름을 통해 은하수 중심까지 보았다. 그들의 발견은 기술의 한계를 넓혔다.

그들은 지구의 대기로 인한 관측 왜곡을 보상하기 위해 새로운 기술을 개발해야 했다. 1988년에 로저 경은 펜로즈-호킹(Penrose-Hawking)으로 스티븐 호킹(Stephen Hawking)과 함께 유명한 물리학상 ‘Wolf Prize’을 수상했다.