티스푼 하나가 10억 톤, 우주에서 가장 밀도 높은 천체의 정체
티스푼 하나가 10억 톤, 우주에서 가장 밀도 높은 천체의 정체
여러분 손바닥 위에 올려놓은 티스푼 하나가 에베레스트산보다, 아니 지구의 산 전체를 다 합친 것보다 무겁다면 믿으실 수 있으신가요. 공상 과학처럼 들리지만, 우주에는 실제로 이런 밀도를 가진 천체가 존재합니다. 바로 중성자별입니다.
중성자별은 어떻게 만들어질까요
중성자별은 태양보다 8배에서 25배가량 무거운 별이 수명을 다하고 초신성 폭발을 일으킨 뒤 남는 잔해입니다. 별의 바깥층이 우주 공간으로 격렬하게 날아가는 동안, 중심부는 정반대로 극단적인 압축을 겪습니다. 원자를 이루던 전자와 양성자가 짓눌리는 압력을 견디지 못하고 서로 합쳐져 중성자로 변하면서, 지름 불과 20킬로미터 안팎의 작은 공 속에 태양 한두 개 분량의 질량이 응축됩니다.비유하자면 서울 정도 크기의 도시 안에 태양 전체의 질량을 욱여넣는 것과 비슷한 수준입니다. 이 극단적인 압축 때문에 중성자별 표면에서 티스푼 하나 분량의 물질만 떠내도 무게가 약 10억 톤에 달한다는 계산이 나옵니다. 이는 지구의 산 하나를 통째로 옮겨놓은 것과 맞먹는 무게입니다.
[📸 추천 이미지: 초신성 폭발 이후 남겨진 작고 밀도 높은 중성자별의 모습]
펄사, 우주의 등대라 불리는 이유
일부 중성자별은 매우 빠르게 자전하면서 강력한 전파 신호를 규칙적으로 방출하는데, 이런 천체를 ‘펄사’라고 부릅니다. 1967년 영국의 대학원생 조슬린 벨 버넬이 처음 이 신호를 발견했을 때, 너무나 규칙적이어서 한동안 외계 문명의 신호가 아닐까 하는 추측까지 나왔을 정도입니다.펄사가 등대처럼 보이는 이유는 자전축과 자기극이 일치하지 않기 때문입니다. 회전하는 등대의 불빛이 특정 방향을 지날 때만 우리 눈에 보이는 것처럼, 펄사가 뿜어내는 전파 빔도 지구를 스쳐 지나갈 때마다 규칙적인 깜빡임으로 관측됩니다. 어떤 펄사는 1초에 수백 번씩 회전하기도 하는데, 이는 웬만한 산업용 모터보다도 빠른 회전 속도입니다.
중성자별끼리 충돌하면 무슨 일이 벌어질까요
2017년, 인류는 두 개의 중성자별이 충돌하는 순간을 최초로 동시에 관측하는 데 성공했습니다. 라이고(LIGO)와 버고(Virgo) 중력파 관측소가 이 충돌이 만들어낸 시공간의 파동, 즉 중력파를 감지했고, 거의 동시에 전 세계 망원경들이 같은 지점에서 나온 빛을 포착했습니다.이 사건은 ‘킬로노바’라고 불리는데, 과학적으로 엄청난 의미가 있었습니다. 이 충돌 과정에서 금과 백금 같은 무거운 원소들이 대량으로 만들어진다는 사실이 처음으로 실증적으로 확인되었기 때문입니다. 즉 여러분이 끼고 있는 금반지의 금 원자 일부는, 아주 오래전 어딘가에서 벌어진 중성자별 충돌의 잔해일 가능성이 있습니다.
마무리하며
손톱만 한 공간에 산 하나만큼의 질량이 응축된 천체가 우주 저편에서 지금도 등대처럼 신호를 보내고 있다는 사실은, 우리가 발 딛고 있는 물리 법칙의 한계를 다시 생각하게 만듭니다.여러분은 만약 중성자별 표면에 손을 대볼 수 있다면, 그 극한의 세계가 어떤 모습일 것이라고 상상하시나요. 댓글로 여러분의 생각을 들려주세요.
출처
- 미 항공우주국(NASA) 중성자별 및 펄사 연구 자료
- 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO) 및 버고(Virgo) 공동 관측 보고서 (2017)
- 조슬린 벨 버넬(Jocelyn Bell Burnell) 펄사 발견 관련 영국왕립천문학회 자료
- 킬로노바 및 중원소 생성 관련 국제 천문학 저널 발표 연구