§1별의 장례식에서 태어나다

별은 평생 중력(수축)과 핵융합 압력(팽창)의 줄다리기로 버팁니다. 연료가 다한 무거운 별(태양 질량의 약 20배 이상)은 초신성으로 폭발한 뒤, 남은 중심핵이 자신의 중력을 이기지 못하고 붕괴합니다. 백색왜성을 지탱하던 전자의 압력도, 중성자별을 지탱하던 중성자의 압력도 견디지 못하는 지점 — 알려진 어떤 힘도 붕괴를 멈출 수 없는 그 끝이 블랙홀입니다. 우리은하 중심에는 태양 400만 배의 초대질량 블랙홀 궁수자리 A*가 있습니다.

§2사건의 지평선 — 돌아올 수 없는 강

어떤 천체를 탈출하려면 탈출속도 이상이 필요합니다(지구 11.2km/s, 태양 표면 618km/s). 질량을 아주 좁은 곳에 구겨 넣으면 탈출속도가 광속을 넘는 경계가 생깁니다. 이 경계가 사건의 지평선이고, 그 반지름이 슈바르츠실트 반지름입니다. 지평선은 벽이나 표면이 아니라 시공간에 그어진 편도 티켓의 경계선입니다 — 지나는 순간엔 아무 느낌도 없지만, 그 안에서는 "밖으로 향하는 모든 미래"가 수학적으로 사라집니다. 중심을 향해 떨어지는 것이, 시간이 흐르는 것만큼이나 피할 수 없는 일이 됩니다.

§3블랙홀은 보인다 — 강착원반과 그림자

블랙홀 자체는 검지만 주변은 우주에서 가장 밝습니다. 빨려드는 가스는 각운동량 때문에 바로 떨어지지 못하고 강착원반을 이루며 마찰로 수백만 도까지 달궈져 X선을 뿜습니다. 지평선 바로 밖에는 빛이 원 궤도를 도는 광자 고리가 생기고, 그 안쪽이 어두운 그림자로 보입니다. 2019년 사건지평선망원경(EHT)이 촬영한 M87*의 주황색 도넛이 바로 이 구조입니다. 호킹은 여기 양자역학을 더해, 블랙홀도 아주 희미하게 빛을 내며 증발한다는 호킹 복사를 예측했습니다 — 양자 중력으로 가는 가장 중요한 단서이자, 이 책의 마지막 장(초끈이론)과 이어지는 다리입니다.