4.10 증거 엔지니어링: 어떻게 검증하고, 어떤 지문을 보고, 무엇을 예측하는가

목차 ／ 제4장: 블랙홀

본 절에서는 4.1–4.9에서 제시한 ‘재료 층’ 구상을 실행 가능한 증거로 바꿉니다. 전반부에서는 검증 실험을 설계하고, 후반부에서는 반증 가능한 예측을 제시합니다. 읽고 나면, 동적 임계 띠와 천이대, 세 가지 탈출 경로를 입증하거나 반박하기 위해 어떤 관측 대역과 수단, 관측량을 써야 하는지 알 수 있습니다.

I. 검증 로드맵: 세 가지 주축과 두 가지 보조선

• 영상 평면(mm/sub-mm VLBI): 주 링과 서브 링, 장기간 밝은 섹터의 기하학적 안정성과 미세한 ‘호흡’을 추적합니다.
• 편광(픽셀 단위 시계열): 시간에 따른 편광도와 위치각을 측정합니다. 링의 밝기 기하와 같은 위치에서, 완만한 비틀림과 좁은 대역의 뒤집힘이 함께 일어나는지 확인합니다.
• 타이밍(대역 간 디스퍼전 보정): 공통 계단과 에코 포락을 찾고, 영상·편광과 같은 창에서 나타나는지 교차 확인합니다.
• 스펙트럼·동역학(보조): 경·연성 성분의 교대, 반사·흡수의 세기, 바깥으로 이동하는 밝기 결절, 코어 주파수 시프트를 관측합니다.
• 멀티메신저(보조): 고에너지 뉴트리노와 초고에너지 우주선 후보와의 시공간 상관, 병합 중력파와의 에너지 수지 일치 여부를 점검합니다.

가능하면 다섯 선 모두를 같은 사건 창에 정렬합니다. 판정 규칙: 어느 한 선만으로는 합격하지 않습니다. 최소 세 선이 동시에 충족되어야 합니다.

II. 테스트 1: 동적 임계 띠가 실제로 존재하는가

볼 것: 링 지름은 거의 일정하지만 방위각에 따라 두께가 달라질 것. 주 링 안쪽에서 더 희미하고 좁은 서브 링의 계보가 분해되고, 서로 다른 밤에도 재현될 것. 강한 사건 동안, 링 두께와 밝기가 **동상(同相)의 미소 ‘호흡’**을 보일 것.

왜 반증이 되는가: 링이 장기간 완전한 기하학적 선처럼 보이고, 서브 구조 누적도, 사건에 따른 앞뒤 움직임도 없다면 ‘호흡하는’ 두꺼운 층은 성립하지 않습니다. 반대로, 안정된 주 링 + 재현 가능한 서브 링 + 소진폭 호흡이 함께 검출되면, 표면이 매끈하지 않은 ‘스킨’임을 직접 입증합니다.

최소 구성: 고주파 동시(mm 대역의 230/345 GHz 등) VLBI 동영상화. 링 모델을 감산하고 잔차에서 안정 서브 링을 탐색합니다. 사건 전후 링 두께–밝기 공분산을 통계합니다.

III. 테스트 2: 천이대가 ‘피스톤 층’처럼 작동하는가

볼 것: 강한 사건 뒤, 디스퍼전 보정 후 공통 계단이 거의 동시에 상승할 것. 이어서 에코 포락이 나타나고, 이차 피크는 약해지며 피크 간 간격이 늘어날 것. 같은 창의 영상·편광에서 밝은 섹터가 강화되고, 띠형 뒤집힘이 더 활발해질 것.

왜 반증이 되는가: 계단이 분산 법칙대로만 분리되거나, 에코의 진폭·간격이 일관된 진화를 보이지 않고, 영상·편광에 동시 변화가 없다면 원거리 매질·장비 효과일 개연성이 큽니다. 본 틀은 임계 문턱을 누르는 순간의 기하학적 동기화와 피스톤형 단계 방출을 요구합니다. 둘 다 보여야 합니다.

최소 구성: 라디오–X선 고샘플링 광도 곡선을 단일 디스퍼전 보정 시간축에 투영합니다. 영상·편광을 동시 슬라이스로 취득하여 계단–밝은 섹터–띠 뒤집힘의 3연동을 검정합니다.

IV. 테스트 3: 세 탈출 경로의 고유 지문

1. 순간 포어(느린 누출)
   • 영상: 국소/전역의 완만한 밝기 상승, 내부의 가는 링이 잠시 또렷해짐.
   • 편광: 밝아진 영역에서 편광도가 소폭 하락, 위치각의 부드러운 비틀림은 지속.
   • 시간: 작은 공통 계단과 약하고 느린 에코.
   • 스펙트럼: 연·두꺼운 성분이 상승, 경질 스파이크는 없음.
   • 멀티메신저: 뉴트리노는 예상하지 않습니다.
     판정: 네 선이 일치 ⇒ 포어 군집 우세.
2. 축방향 관통(제트)
   • 영상: 잘 콜리메이트된 제트, 바깥으로 이동하는 결절, 약한 역제트.
   • 편광: 높은 편광도, 구간별 안정 위치각, 횡단 Faraday 회전 구배.
   • 시간: 빠르고 경질의 플레어, 제트를 따라 외측으로 진행하는 작은 계단.
   • 스펙트럼: 비열적 거듭제곱 스펙트럼, 고에너지 쪽이 강함.
   • 멀티메신저: 뉴트리노 동시성 가능.
     판정: 다섯 선 중 과반 ⇒ 관통 우세.
3. 가장자리 띠형 준임계(광역 재처리/외류)
   • 영상: 링 가장자리의 띠형 밝기, 광각 외류와 확산 광.
   • 편광: 중간 편광도, 띠 내부의 분절된 위치각 변화, 띠와 나란한 뒤집힘.
   • 시간: 느린 상승·감쇠, 색 의존 지연.
   • 스펙트럼: 반사·청색흡수 강화, IR·sub-mm의 두터운 스펙트럼.
   • 멀티메신저: 주로 전자기 증거.
     판정: 네 선 일치 ⇒ 가장자리 띠 우세.

V. 스케일 교차검증: ‘작으면 빠르고 크면 안정’이 보편 법칙인가

볼 것: 저질량 원에서는 분–시간 깜빡임이 잦고 제트 관통이 쉬움. 고질량 원에서는 일–월 변동이 주도하고 가장자리 띠가 오래 지속됨.

방법: 같은 방법론을 마이크로퀘이사와 초대질량 블랙홀에 각각 적용합니다. 시정수와 분담 경향이 질량과 함께 체계적으로 이동하면 ‘재료 층’ 파라미터가 작동하는 것입니다.

VI. 반증 목록: 아래 항목 중 하나라도 충족되면 틀의 핵심이 무너집니다

• 장기 고품질 영상에서 주 링이 완전한 선으로만 보이고, 서브 링도 ‘호흡’도 나타나지 않음.
• 디스퍼전 보정 후 대역 간 계단이 같은 창에서 일어나지 않고, 영상·편광과도 무관.
• 강한 경질 제트 폭발에 핵 근처 링/밝은 섹터의 동위 활동이 장기간 동반되지 않으며, 축방향 편광 특징이 전혀 없음.
• 분명한 가장자리 띠 밝기가 반사 강화나 디스크 바람 지문과 결코 함께 나타나지 않음.
• 저·고질량 원 사이에 시정수와 분담 경향의 체계적 차이가 없음.

VII. 예측 목록: 다음 세대 관측에서 보일 10가지 현상

• 서브 링 패밀리: 더 높은 주파수·더 긴 베이스라인에서 주 링 내부에 2–3개의 안정적이고 더 얇고 어두운 링이 분해됩니다. 고차일수록 좁고 어두우며, 강한 사건 뒤 더 쉽게 점등됩니다.
• 밝은 섹터의 ‘지문 위상’: 장수 밝은 섹터와 편광 뒤집힘 띠의 상대 방위에 통계적 선호가 있으며, 강한 사건 뒤 위상차가 신속히 재정렬되었다가 선호값으로 돌아옵니다.
• ‘진정한 무분산’ 계단: mm–IR–X에 걸친 디스퍼전 보정 이후에도 거의 동시의 점프가 남고, 링 폭과 편광 띠가 동시 변화합니다.
• ‘호흡–계단’ 공명: 링 두께의 미소 확장과 공통 계단 높이가 선형 공변을 보이며, 사건이 강할수록 상관이 커집니다.
• 관통 트리거 시퀀스: 제트의 경질 플레어가 핵 근처 섹터의 단기 증강에 선행/동반하고, 이어서 이동 결절과 코어 시프트가 나타납니다.
• 가장자리 띠의 ‘그을린’ 스펙트럼: 띠가 우세할 때 IR/sub-mm 두터움이 경질 X보다 먼저 상승하고, 반사·청색흡수가 수일–수주에 걸쳐 강화됩니다.
• ‘포어 군집 → 관통’ 전환: 스핀축 부근에서 몇 차례의 동위 포어 사건이 수일–수주 내 안정 제트로 변하며, 전체 편광도가 상승합니다.
• 스케일 대 시정수: 계단–에코의 분 단위 패턴은 마이크로퀘이사에서 더 흔하고, 일–주 단위는 초대질량에서 흔하며 에코 피크 간격의 증가율은 더 작습니다.
• 뉴트리노 동시성: 중간 에너지 뉴트리노 사건이 강한 관통 시기에 더 자주 나타나며, 경질 γ 스파이크와 동상입니다.
• ‘띠 뒤집힘–디스크 바람’ 동위: 편광 뒤집힘 띠가 링 가장자리를 따라 이동하면, X선 디스크 바람 흡수 깊이가 동조 변동하고, 위치각 회전에 재현 가능한 위상 관계가 나타납니다.

각 항목은 독립적으로 검증할 수 있습니다. 그중 하나라도 체계적으로 부정되면, 메커니즘 수준에서 틀을 재검토해야 합니다.