-태양질량의 2.17배, 가장 무거운 중성자별
-지구서 4500광년 떨어진 직경 30㎞의 펄사
-블랙홀 경계선에 위치하는 것으로 예측

[데일리비즈온 심재율 기자] 천문학자들은 지금까지 발견한 것 중 가장 거대한 중성자 별을 발견했다고 발표했다. 

이 중성자별은 지구에서 4500광년 떨어진 J0740+6620이라는 이름의 펄사로서, 직경은 약 30㎞이며 전체 질량이 태양의 2.17배에 이른다고 과학자들은 16일 네이처 아스트로노미(Nature Astronomy) 저널에 발표했다. 

태양의 지름이 139만㎞인데, 지름 30㎞의 아주 작은 중성자별이 태양질량의 2.17배에 이른다면, 밀도가 얼마나 높은지 짐작할 수 있다. 중성자 별에서 설탕 한 조각을 떼어낸 무게는 약 1억톤의 질량을 가지고 있다. 이것은 중성자 별들을 블랙홀 외에 우주에서 가장 밀도 높은 물체들로 만든다.

태양은 지구 질량의 33만배에 달하므로, 이 중성자별의 질량은 지구의 70만배가 넘는 셈이다. 

펄사 Psr B1509-58 (사진=픽사베이)
펄사 Psr B1509-58. (사진=픽사베이)

과학자들이 수십 년 동안 중성자 별을 연구했지만, 아직 미스터리는 풀리지 않은 채로 남아 있다. 예를 들어, 중성자별에서 발견되는 놀라운 압력은 중성자를 쿼크라고 알려진 더 작은 아원자 입자의 수프로 분해하는가? 중력이 더 커져서 중성자별이 아니라 블랙홀이 되는 결정적인 순간은 언제인가?

과학자들은 지난해 중성자별의 최대 크기는 태양 질량의 2.3배라고 계산한 적이 있다. 이에 따라 이번에 발견된 중성자별은 태양질량의 2배가 넘는 질량을 가진 것이면서 2.3배에 가장 근접한 중성자별로 기록된다. 

이 한계치를 넘어가면 블랙홀로 변하는 것이다. 중성자 별은 태양 질량의 약 8배에서 30배 사이인 별에서 형성된다. 이 별들은 죽으면서 일련의 열핵폭발을 통해 외부 물질을 우주로 내보내며, 남은 중심부에 있는 사용 가능한 모든 물질들을 융합시킨다. 

일단 별의 중심이 타서 철이 되어버리면 별을 유지하는 압력이 떨어지고 중심이 붕괴되면서 가장 작은 공간을 차지할 때까지 중성자가 압축된다. 이같은 과정은 블랙홀이 형성되는 과정과 유사하지만, 중성자별과 블랙홀 사이의 경계선에서 일어나는 일은 여전히 미스터리로 남아있다.

중성자별에서 나온 펄스가 백색왜성에 의해 휘어서 지구에 도달하는 모습을 표현한 그림. (사진=BSaxton, NRAO/AUI/NSF)
중성자별에서 나온 펄스가 백색왜성에 의해 휘어서 지구에 도달하는 모습을 표현한 그림. (사진=BSaxton, NRAO/AUI/NSF)

이번에 발표된 J0740+6620은 수천분의 1초에 한번 씩 돌아가는 밀리세컨 펄사이다. 이렇게 빨리 회전하기 때문에 이 펄사에서 나오는 전파는 밀리세컨 단위로 지구를 지나간다. 

이번 논문의 주저자인 버지니아 대학교의 생크풀 크로마티(Thankful Cromartie)는 “중성자별은 매혹적일 만큼 신비롭다. 도시 크기의 펄사는 본질적으로 거대한 원자핵이다”고 발표했다.

펄사는 펄사의 자기 극에서 방출하는 짧은 맥동(펄스) 때문에 펄사라는 이름을 얻었다. 이 펄스는 등대처럼 우주를 가로지른다. 어떤 펄사는 매초마다 수백 번 회전하는 등 경이로운 속도와 규칙성으로 회전하기 때문에 천문학자들은 이것을 우주의 원자시계로 사용한다.

펄사는 보통 백색왜성과 짝을 이루면서 회전한다. 본질적으로, 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따라, 백색왜성의 중력은 그것을 둘러싼 시공간을 약간 휘게 만든다. 이 때문에 펄사에서 나온 파장이 백색왜성 뒤로 지나 지구에 도착할 때 초당 1000만 분의 1초 정도로 미묘한 시간지연(time-delay)이 발생하고 있다.

천문학자들은 ‘샤피로 지연’이라고 알려진 현상을 통해 백색왜성의 질량을 계산한 다음, 펄사와 백색왜성이 공전하는 방법을 분석해서 펄사의 질량을 계산하는 것이다.

 

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