블랙 홀 black hole 18세기 말 자연철학자 John Michell(영국) Laplace(프랑스): 탈출속도가 빛의 속도보다 큰 「어두운 별(dark star)」 1915년 Einstein 일반상대성이론 발표

수성의 운행과 뉴톤 역학의 한계 수성 궤도의 장축은 (지구의 북극 방향에서 보았을 때) 시계반대 방향으로 회전. 관측에 의하면 100년 동안 574"를 이동. 그러나 뉴톤의 만유인력 법칙에 의하면 100년 동안 531"를 이동.

일반상대성이론의 탄생 1907년 11월 "만약 어떤 사람이 높은 곳에서 자유 낙하를 한다면  그는 자신의 몸무게를 느끼지 않을 것이다.“ principle of equivalence: gravity = acceleration 1915년 11월 25일 발표: 수성의 근일점 이동, 중력에 의한 빛의 휨, 적색편이

중력에 의한 빛의 휨 1919년 5월 29일 영국의 천체물리학자 Eddington은 일식이 일어난 순간을 이용해 태양의 중력에 의하여 별빛이 1.75"휨을 측정 1919년 11월 7일 런던 [타임즈]지 ‘과학의 혁명/새로운 우주론/뉴턴주의는 무너졌다.’

Gravitational Lenses

2차원 ‘공간’의 변형 휜 공간에서는 유클리드 기하학이 성립되지 않음. 원주 ≠ 2 πR 삼각형의 내각의 합 ≠ 180도 평행광선은 없음.

중력에 의한 공간의 변형

Embedding diagrams C < 2pR if spacetime is curved (i.e. if gravity is strong) C = 2pR if spacetime is flat (i.e. if gravity is weak) Figure from Thorne, Black holes and time warps

블랙 홀과 사건 지평선 1916년 Karl Schwarzschild    일반상대론 이론을 이용해 블랙 홀의 존재를 최초로 예측. 1967년 J. A. Wheeler    "black hole"로 명명           질량이 M인 별의 크기가 Schwarzschild 반경 (event horizon) 보다 작으면 빛이 빠져 나올 수 없음: RS = 2GM/c2 사건 지평선안의 정보는 밖으로 전달되지 않음. 따라서, 사건 지평선안의 사건은 밖에 영향을 줄 수 없음

블랙 홀의 특성 시공간의 변형 At R=1.5Rs, one can see the back of his/her own head. Time dilation Gravitational redshift

How do we detect? ‘dark star’ with mass M>3Mo, size less than Rs binary, mass accretion

Cygnus X-1 1970년대 초 X선 천체 Cygnus X-1 발견

Orbital parameters of the bright star (HDE 226868): distance 6000 light years, revolution period of 5.6 days, orbital circumference 6.3x107 km, mass of HDE 226868 about 20 M. (O9.7형의 8.9등성 초거성) The tilt of the orbit has been determined, with difficulty and not terribly accurately: the rotation axis makes an angle of about 62º with respect to our line of sight (Dolan and Tapia 1989). Applying these inputs to Newton’s laws of motion, a mass between 5 and 11 M is derived for the invisible companion; most probable value 6 M. A black hole? Measured orbital motion of HDE 226868. Simulation at http://www.pas.rochester.edu/~dmw/ast102/Java/binary.htm Click the red button during slide show

Cygnus X-1 블랙홀 후보 X선 밝기가 매우 빨리(~0.001초) 변함. Too small, too X-ray bright, and too faint at visible wavelengths to be a 6 M star. Far too massive to be a white dwarf or neutron star. 블랙홀 후보 Table 11.2

Gamma-Ray Bursts 1968년 Vela gamma-ray satellite Compton GRO (1991) 1 gamma ray burst per day from space Compton GRO (1991) A few per day Coming from all over the sky  distant galaxies (cf) soft gamma-ray repeaters Follow-up observations  distant galaxies Hypernovae?

거리 120억광년, 감마선 에너지 1053 erg