1. 중성자별이란
중성자별은 별의 중심부가 거의 중성자 물질로 이루어진 초고도 밀도의 천체이며 현재까지 우주에서 존재하는 물질 중 가장 밀집도가 큰 천체입니다. 중성자란 원자를 구성하고 있는 입자의 한 종류이며 양성자와 함께 원자핵을 이루고 있는 핵자의 하나이며 전기 현상을 일으키는 물질의 물리적 성질인 전하를 띠고 있지 않습니다. 중성자별의 밀도는 극도로 높지만 크기는 상상이상으로 작은 별입니다. 중성자별의 질량은 태양과 비슷하거나 2배 정도 더 무거우면서 별의 반지름이 고작 몇 십km정도 입니다. 중성자별과 같은 밀도를 가진 남자의 엄지손가락 만한 크기의 질량은 대략 3조 톤 정도인데 이것은 0.7 세제곱 km 지구의 암석과 맞먹는 무게입니다. 중성자별은 원자핵끼리 서로 닿을 정도로 밀도가 높고 티스푼정도에 무게가 무려 1조 톤입니다. 만약 1m 높이에서 중성자별을 떨어트릴 때 약 초속 2,000km의 속도를 가지게 됩니다.
2. 중성자별 발생 과정
태양보다 질량 3배 이상인 별이 매우 큰 에너지를 방출하면서 순간적으로 폭발하게 될 때 이것을 초신성 폭발이라고 하며 이 초신성 폭발에 의해 중성자별이 만들어집니다. 항성의 진화과정에 마지막 단계에 도달한 상태에서 더 이상 핵융합이 이루어질 수 없는 상황이 되면 별의 핵의 심은 계속 수축되는데 이것은 중력과 균형을 이룰 압력이 가해지지 않기 때문입니다. 핵의 심은 의 중심 외부의 핵융합된 물질 중력을 도저히 감당할 수 없게 될 것이며 이런 과정에서 양성자와 전자가 결합되어 밀도가 매우 높아지게 됩니다. 외부 핵융합 물질들은 더 이상 핵의 심을 수축시킬 수 없게 되고 중성자로 이루어진 별의 핵의 심은 강한 중력과 극대화된 밀도 때문에 흐트러지지 않고 중성자별이 형성됩니다. 별의 중심 핵이 중성자별 대신 블랙홀이 되는 경우가 있는데, 핵의 중심 외부에서 계속 진행된 핵융합된 물질들이 핵의 중심부에 모여들면서 오랜 세월 동안 질량은 계속 늘어납니다. 결국 백색왜성이 가질 수 있는 최대 질량인 '찬드라세카 한계(백색왜성이 가질 수 있는 최대 질량)'인 태양 질량의 1.4배를 넘어가는 현상이 일어납니다. 이때 만약 중심핵의 질량이 태양보다 두 배 이상 되면 중심핵은 중성자별 대신 블랙홀이 될 것입니다. 그리고 중성자별 대신 백색왜성으로 남는 경우가 있는데 오랜 세월 동안 진행된 여러 관계의 물리적 과정을 통해서 회전 속도를 증가시키고 안정적인 중력으로 핵의 심을 유지할 수 있는 백색왜성이 됩니다.
3. 중성자별 특징
질량이 큰 백색왜성은 중심의 백색왜성 형태의 힘이 존재하며 핵의 중심 외부의 영향에서는 여전히 핵융합이 계속 진행됩니다. 중성자별의 온도는 생성 초기에는 매우 높았다가 많은 수의 중성자가 양성자와 전자로 분리될 때 생기는 소립자, 즉 중성미자가 별의 에너지를 가져가면서 방출되고 이후 수백만 년에 걸쳐 온도가 서서히 떨어지게 됩니다. 일반적으로 중성자별은 성운이나 초신성 중심으로 쌍성, 삼중성계에서 관측되거나 또는 별이 하나인 싱글별로 관측되기도 합니다. 강력한 자기장이 존재하는 것이 중성자별의 가장 두드러진 특징이며 이 자기장에서 규칙적인 전파를 방출하는 천체를 펄사라고 하며 이 펄사는 빠르게 회전하는 중성자별인 것으로 확인됩니다. 1967년 펄사가 관측되었고 그때 중성자별의 존재가 암시되었습니다. 펄사는 맥동전파원이라고 하며 강력한 자기장을 띤 전자기파의 광선을 뿜는 천체, 즉 주기적으로 빠른 전파나 방사선을 방출하며 자전하는 중성자별입니다. 중성자별은 지금까지 우리 은하와 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하에서 대략 2000개 정도가 발견되었습니다. 중성자별들은 주로 우리 은하의 중심에 집중적으로 분포되어 있습니다. 그리고 지구와 가까운 중성자별들로는 남쪽왕관자리 방향으로 대략 500광년 떨어져 있는 반지름이 고작 19~41km 정도이면서도 질량은 태양의 0.9배 정도 되는 RX J185635-3754와 고래자리방향으로 424 광년 떨어져 있는 1억 6천 6백만 년 된 PSR J018-1431이 있습니다.
4. 중성자별을 구성하는 물질 및 종류
중성자별의 외곽은 철, 수소, 헬륨등으로 구성되어 있으며 별의 내부는 높은 압력으로 인해 중성자흘림 현상이 발생합니다. 핵의 중심으로 더 깊이 들어갈수록 거의 중성자로만 이루어진 심이 나타나는데 이 심은 엄청 높은 밀도를 가지고 있습니다. 다만 그 힘은 이론적으로 초유체 중성자, 쿼크물질, 파이온이나 케이온으로 구성되어 있다고 추청하고 있습니다. 중성자별의 짝별은 중성자별이거나 보통의 항성, 또는 백색왜성 중 하나이며 현재까지 알려진 중성자별의 약 5%는 쌍성계의 일원인 항성입니다. 중성자별들로 이루어진 쌍성계는 중력파를 방출하면서 에너지가 감소하게 되면 서로의 거리가 가까워지고 공전주기의 감소로 인해 결국 하나의 항성으로 합쳐져 블랙홀을 형성할 것으로 예상됩니다. 중성자별의 종류는 회전주기와 자기장 등의 관측 특성 및 복사에너지의 근원에 따라 원시 중성자별, 약전파 중성자별, 강전파 중성자별로 나누어집니다. 강전파 중성자별은 외톨이 펄사와 쌍성 펄사로 나누어지고, 외톨이 펄사에는 엑스선, 감마선 대역에서 강한 복사를 하는 회전펄사와 강력한 자기장을 지닌 중성자성 유형의 마그네타, 별의 생성 당시 열에너지가 복사의 주요 에너지원인 고립된 중성자별, 그리고 고질량 엑스선 펄사와 저질량 엑스선 펄사로 구분되는 부착에너지펄사로 나눌 수 있습니다.
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