감마선폭발
현재 발견된 블랙홀들은 수십억 년 전에 생성된 것들이다. 현재 천문학자들은 눈앞에서 블랙홀이 탄생하는 것을 목격할 수 있게 되었는데, 상상을 초월할 정도로 방대한 양의 감마선이 폭발적으로 방출되는 곳에서 블랙홀이 탄생하는 것으로 추정하고 있습니다. 이를 감마선폭발gamma ray burster이라 합니다. 이때 방출되는 에너지의 양은 범우주적 규모에서 볼 때 빅뱅 때 방출된 에너지 다음으로 큽니다. 천문학자들은 펜타곤U.S. Department of Defense의 자료를 분석하면서 감마선폭발 현상을 발견했는데, 그 규모가 상상을 초월하는 수준이었습니다. 그곳에서는 우리의 태양이 평생(약 100억 년)에 걸쳐 방출할 에너지가 단 몇 초 만에 방출되었습니다. 대부분의 감마선폭발은 1~10초 동안 진행되지만 개중에는 0.01초 만에 끝나는 경우도 있고 몇 분에 걸쳐 진행되는 경우도 있습니다.
현재 하늘에서는 하루당 약 세 건의 감마선폭발이 관측되고 있으며, 이로부터 복잡한 우주적 사건들이 연쇄적으로 일어나고 있습니다. 감마선폭발의 중심부에는 수십km 크기의 물체가 존재하는 것으로 밝혀졌습니다. 즉 상상을 초월할 정도로 엄청난 양의 에너지가 뉴욕시만한 크기의 물체 속에 응축되어 있는 것입니다. 감마선폭발은 연성계binary system(혹은 이성분계二成分系)를 이루고 있는 중성자별 사이의 충돌에 의해 발생하는 것으로 추정되었습니다. 즉 중성자별의 궤도가 서서히 작아지면서 이른바 ‘죽음의 나선궤도’를 돌다가 마침내 충돌하여 엄청난 양의 에너지를 방출한는 것입니다. 이런 사건은 매우 드물게 일어나지만 우주라는 무대가 워낙 방대하기 때문에 하루에도 서너 번씩 관측할 수 있습니다.
그러나 2003년에 새로운 증거가 발견되면서 중성자별의 충돌로 감마선폭발이 일어난다는 이론은 설득력을 잃게 되었습니다. 감마선폭발이 일어나는 곳에서 엄청나게 큰 초신성이 발견된 것입니다. 감마선폭발이 블랙홀의 생성과정에서 일어나는 현상이라면 차세대 천체망원경은 시간과 공간에 대한 역사 깊은 의문을 해결할 수 있을 것입니다. 블랙홀이 공간을 심하게 왜곡시킨다면 시간도 왜곡시킬 수 있지 않을까?
아인슈타인은 시간과 공간을 분리될 수 없는 하나의 객체로 통일시켰습니다. 그는 휘어진 공간을 도입하면서 시간도 휘어진 강처럼 곡선경로를 따라 흘러가며, 경우에 따라서 빠르기가 변할 수 있음을 천명했습니다. 그러나 아인슈타인은 시간의 흐름이 지나치게 구부러져서 진행방향이 뒤바뀌는 경우에 대해서는 구체적인 언급을 피했습니다. 사실 시간이라고 해서 소용돌이나 분기점이 존재하지 말라는 법은 없습니다. 반 스토쿰W.J. Van Stockum은 1937년에 아인슈타인 방정식을 풀다가 시간여행이 허용되는 해를 구함으로써 이 가능성을 현실화시켰습니다. 그의 출발점은 회전하는 무한히 긴 원통이었는데, 무한대라는 양은 물리적으로 의미를 가질 수 없지만 원통의 회전속도가 광속에 가까운 경우에는 믹서기 속에서 회전하는 걸쭉한 당밀처럼 원통의 회전에 의해 시공간이 휘말려 돌아가게 됩니다. 이 현상을 좌표계이끌림frame-dragging이라 하며, 회전하는 블랙홀 주변에서 실제로 관측되었습니다. 반 스토쿰은 자신이 문제를 풀고서도 인식하지 못했지만 원통의 주변을 한 바퀴 돌아서 출발점으로 되돌아오면 시간을 역행하여 출발하기 전의 시점으로 되돌아오게 됩니다. 예를 들어 정오에 출발하여 원통주변을 한 바퀴 돌았다면 전날 오후 6시에 출발점으로 되돌아오게 되는 것입니다. 원통의 회전속도가 빠를수록 더욱 먼 과거로 되돌아갈 수 있으나 원통이 형성되던 시점보다 더 먼 과거로 갈 수는 없습니다.