여전히 우리가 보는 밤하늘엔 아름다운 별들이 무수히 많이 떠 있습니다. 그런데 혹시 아시나요? 우리가 볼 수 없는 별도 우주에는 있습니다. 바로 중성자성입니다. 이번엔 바로 그 중성자성에 대해서 알아보겠습니다.
1. 초신성 잔해물에 남은 중성자성
초신성 폭발 이후 남은 잔해물인 초신성 잔해물 영어로는 Supernova Remnant, 약자로는 SNR, 부르는 이름은 많지만 여하튼 이 잔해물은 한 가지 단일한 구성물로 이루어져 있지 않습니다. 그 안엔 셀 수 없이 다양한 형태의 잔해가 흩뿌려지고 있죠. 이 중에는 가스와 먼지, 덩어리 진 별의 잔해도 있습니다만 그 자체로 별로 불릴만한 크기의 잔해도 있습니다. 그리고 이 중 우리가 지금부터 알아볼 중성자성이 존재합니다. 중성자성은 기본적으로 Supernova Remnant, 그러니까 초신성의 잔해물이라는 점에서는 다른 점이 없지만 중성자성이 존재하기 위해서는 기본적으로 충족되어야 할 조건이 있습니다. 바로 초신성 폭발을 일으킨 그 별이 최소 태양의 8배의 질량을 가지고 있어야 한다는 점입니다. 초신성 폭발의 과정을 통해 이 별은 상당 부분의 질량을 소실하게 되지만, 그럼에도 불구하고 여전히 중심부에는 태양과 비슷한 정도의 질량을 가진 그러니 그 밀도는 엄청나게 높은 잔해를 형성하게 될 수 있습니다. 바로 이것이 중성자 성입니다.
2. 중성자성의 구조와 특성
Supernova Remnant 내부에 존재하던 양성자와 전자들은 열과 압력으로 인해 서로 충돌을 일으켜 핵융합이 일어나게 되는데 이 과정에서 전자는 양성자에게 흡수되거나 전자와 양성자가 서로 합쳐져서 중성자가 생성됩니다. 그리고 이렇게 생성된 중성자들이 다시 한번 압력과 중력이라는 작용에 의해 저로 모여 만들어진 것이 중성자성입니다. 따라서 중성자성의 구성요소중 가장 많은 비중을 차지하는 것은 바로 중성자죠. 문제는 이 중성자들이 모여 만들어진 별인 중성자성의 특성입니다.
중성자는 기본적으로 전기적 특성을 가지고 있지 않은 일종의 전기중성체입니다. 때문제 전기의 영향을 받지 않는 것을 물론 전하를 가지고 있어야 가능한 발광 역시 불가능합니다. 여기에 더해 중성자성의 기본 성질인 밀도, 엄청나게 높은 밀도로 인해 빛이 내부로 들어온다 하더라도 모두 흡수되어 버립니다. 때문에 전기장을 이용하여 진행하는 일반적인 관측법으로는 중성자를 관측할 수 없습니다. 말 그대로 존재는 하되 보이지 않는 존재. 중성자성은 그래서 보이지 않는 별이라고 생각할 수 있습니다.
전하가 있어야 빛이 나는 이유는 뭐야?
전하가 있으면 전자가 다른 원자와 상호 작용하여 광자(빛)를 방출하거나 흡수하는 과정에서 빛이 발생합니다. 이러한 과정을 발광 또는 흡수라고 합니다. 전자가 전하를 가지고 있기 때문에 광자와 상호작용할 수 있으며, 이를 통해 빛이 생성될 수 있습니다. 반면, 중성자는 전하를 가지고 있지 않기 때문에 이러한 상호작용이 일어나지 않아 빛을 발하지 않습니다.
3. 보이지 않는 중성자별의 존재는 어떻게 알까?
일반적인 방법으로는 중성자별의 존재를 알 수 없지만 그럼에도 불구하고 알 수 있는 정보가 있습니다. 바로 중성자성 주변에서 방출되는 방사선이나 감마선등 다른 별에서는 찾아보기 힘든 종류의 활동들로 인해 간접적인 존재의 확인은 가능합니다. 중성자성은 우리가 볼 수 있어서 존재하는 것이 아니라, 다른 별들과 다른 활동을 통해 거기에 있음을 추측하는 것에 가깝습니다.
또한 중성자성임에도 예외적으로 관측이 가능한 중성자성도 존재합니다. 그것이 바로 펄서입니다. 펄서에 대해서는 다음 포스팅에 이어서 설명하도록 하겠습니다.
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