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블랙홀 되기 직전 가장 무거운 중성자별 관측

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블랙홀 되기 직전 가장 무거운 중성자별 관측

2019.09.18 09:36
지금까지 발견된 중성자별 중 가장 큰 질량을 가지는 중성자별이 발견됐다. 땡스풀 크로마티 미국 버지니아대 천문학부 박사과정 연구원팀은 중성자별이 내뿜는 전자기파가 중성자별의 쌍성인 백색왜성에 의해 왜곡되는 현상을 관측해 중성자별의 질량을 구해냈다. 미국국립전파천문대 제공
지금까지 발견된 중성자별 중 가장 큰 질량을 가지는 중성자별이 발견됐다. 땡스풀 크로마티 미국 버지니아대 천문학부 박사과정 연구원팀은 중성자별이 내뿜는 전자기파가 중성자별의 쌍성인 백색왜성에 의해 왜곡되는 현상을 관측해 중성자별의 질량을 구해냈다. 미국국립전파천문대 제공

중성자별은 우주에서 가장 밀도가 높은 천체 중 하나다. 대형 별이 빛을 내뿜으며 폭발하는 초신성이 된 이후 중심핵이 내부로 붕괴하며 압축돼 생긴다. 각설탕 하나 크기에 1억 t이 들어갈 정도로 밀도가 극도로 높다. 과학자들은 태양질량의 3배 가량을 중성자별의 한계로 봐 왔다. 이보다 질량이 커지면 형태를 유지하지 못하고 모든 것을 빨아들이는 블랙홀이 된다는 것이다. 지금까지 관측된 가장 무거운 중성자별은 태양 질량의 2.01배, 관측된 블랙홀 중 가장 작은 질량은 태양질량의 약 5배에 이른다.

 

최근 미국 천문학자들이 기존에 관측된 가장 무거운 중성자별보다 더 무거운 중성자별을 발견했다.

 

생스풀 크로마티 미국 버지니아대 천문학부 박사과정 연구원이 이끄는 연구팀은 지구에서 약 4600광년 떨어진 쌍성계 중성자별 ‘J0740+6620’이 지금까지 발견된 중성자별 중 가장 무거운 태양질량의 2.17배 질량으로 관측됐다는 결과를 국제학술지 ‘네이처 천문학’에 이달 16일 발표했다.

 

이번에 발견된 중성자별은 1000분의 1초 단위로 전파를 내뿜는 ‘밀리초 펄서’다. 펄서는 자전하면서 주기적으로 전자기파를 내뿜는 중성자별이다. 별이 자전하면서 등대가 돌며 빛을 사방에 뿌리듯 전자기파를 내뿜는다.  이 중성자별의 지름은 약 30㎞로 도시 하나 크기 수준이다. 이 별은 백색왜성과 맞물려 도는 쌍성을 이루고 있는 것으로 나타났다.

 

연구팀은 중성자별과 쌍성을 이루는 백색왜성이 일으키는 ‘샤피로 시간 지연’을 활용해 중성자별의 질량을 측정했다. 샤피로 시간 지연은 전자기파가 중력이 큰 천체 주변을 지나가면서 빛이 지나가는 궤도가 바뀌고 이로 인해 직진하는 것과 달리 지연이 생기는 현상이다. 연구팀은 펄서가 방출한 전파가 백색왜성을 지날 때 발생하는 지연 시간을 관측함으로써 백색왜성의 질량을 계산했다. 이어 백색왜성과 중성자별의 궤도를 토대로 중성자별의 질량을 계산했다.

 

크로마티 연구원은 “하나의 원자핵과 같다고 할 수 있는 도시 하나 크기의 중성자별은 독특한 특성을 지난다”며 “물리학적으로 허용된 최대 질량을 찾는 것은 천체물리학 속 미지의 영역에 대한 많은 것들을 가르쳐 줄 것”이라고 말했다.

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