인터스텔라의 블랙홀은 일부러 틀리게 그렸다

인터스텔라의 가르강튀아에는 "가장 정확한 블랙홀"이라는 수식어가 따라다닌다.

물리학자가 계산에 직접 참여했고, 그 계산은 논문으로도 나왔으니 틀린 말은 아니다.

그런데 그 논문을 읽어보면 뜻밖의 대목이 나온다. 화면에 쓴 그림은 계산 결과 그대로가 아니다. 세 군데를 일부러 사실과 다르게 바꿨다.

논문은 2015년 2월 Classical and Quantum Gravity에 실렸다. 시각효과 회사 더블 네거티브의 올리버 제임스, 외제니 폰 툰젤만, 폴 프랭클린이 물리학자 킵 손과 함께 썼다.

이들은 DNGR이라는 렌더러를 새로 만들었다. 휘어진 시공간을 지나는 빛의 경로를 풀어서 그림을 그리는 프로그램이다.

첫째, 회전을 늦췄다

영화에서 밀러 행성은 한 시간이 지구의 7년에 해당한다. 대략 6만 배다.

이만한 시간 차이를 만들려면 블랙홀이 거의 한계까지 빠르게 돌아야 한다. 논문은 필요한 회전을 J ≳ (1−10⁻¹⁴)M²로 적었다.

이론상 가능한 최대치에서 소수점 열네 자리만큼만 모자란 값이다.

문제는 그렇게 빨리 도는 블랙홀을 그대로 그렸을 때다. 회전하는 블랙홀은 주변 시공간을 함께 끌고 돈다.

그러면 그림자의 한쪽 가장자리가 납작하게 잘리고, 그 옆으로 원반의 상이 여러 겹 겹쳐 보이고, 원반 전체가 중심에서 어긋나 보인다.

놀란 감독과 폴 프랭클린은 이게 관객에게 너무 혼란스러울 거라고 판단했다. 그래서 영화용 그림에서는 회전을 a/M = 0.6까지 낮췄다.

영화가 보여준 블랙홀과 영화의 줄거리가 요구하는 블랙홀이 서로 다른 블랙홀이라는 뜻이다.

구급차가 다가올 때 사이렌이 높게 들리고 멀어질 때 낮게 들린다. 빛도 같은 일을 겪는다.

강착원반은 엄청난 속도로 도는 가스라, 우리 쪽으로 다가오는 절반은 밝고 푸르게, 멀어지는 절반은 어둡고 붉게 보인다.

이걸 제대로 계산해 넣으면 원반은 한쪽만 환하게 타오르고 반대쪽은 거의 사라진다.

논문은 그 결과를 두고 원반이 심하게 한쪽으로 쏠려 블랙홀의 그림자조차 알아보기 어렵다고 적었다.

그래서 색과 밝기 변화를 넣지 않은 이전 버전을 골랐다. 우리가 본 가르강튀아가 위아래로 고리를 두른 대칭적인 모습인 건 그 때문이다.

강착원반 자체도 천체물리 방정식으로 계산한 것이 아니다. 논문은 천체물리학자들이 만든 이미지를 참고한 화가의 구상이라고 분명히 적어뒀다.

원반을 얇게 만들고, 위치에 상관없이 4500K라는 하나의 온도로 식힌 다음 그 온도의 흑체가 내는 빛을 입혔다.

실제 원반이라면 안쪽과 바깥쪽의 온도가 크게 다르다.

계산은 진짜였다. DNGR은 빛줄기를 하나씩 쫓는 대신 빛다발을 통째로 추적하는 방식을 썼고, 그 덕에 아이맥스 해상도에서도 화면이 깜빡이지 않았다. 더블 네거티브는 프레임 하나를 그리는 데 최대 100시간이 걸렸다고 밝혔다.

블랙홀 렌즈 효과 연구는 거의 다 멀리서 바라보는 관측자를 가정해왔다. 카메라가 블랙홀 바로 옆에 있을 때 무엇이 보이는지는 제대로 다뤄진 적이 없었다.

논문은 그 상황에서 커스틱 — 빛이 접히면서 별의 상이 생겼다 사라지는 경계 — 이 어떤 모양을 그리는지, 별 하나가 어떻게 여러 개로 보이는지를 정리했다.

영화를 만들려고 짠 코드가 연구 도구가 된 셈이다.

그러니 가장 정확한 블랙홀이라는 말은 반만 맞다. 계산은 정확했고, 화면은 조정된 결과다.