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2019년 8월 16일 금요일

우주 이야기 950 - 자전 속도가 바뀌는 중성자별



(Vector compound of en:File:Neutron_star_structure.JPG and en:File:Neutron_star_cross_section.jpg, data from Paweł Haensel, Alexander Y. Potekhin (Aleksandr Ûrevič Potekhin), Dmitry G. Yakovlev (2007). Neutron Stars, p. 12. Springer. ISBN 978-0-387-33543-8. Densities are given in units of the nuclear matter saturation density ρ0.)


 중성자별은 빠른 속도로 자전합니다. 별이 본래 가지고 있던 자전에너지가 크기가 크게 축소된 후에도 그대로 유지되기 때문입니다. 흔히 피겨 스케이팅 선수의 회전을 예시로 드는 각운동량 보존의 법칙에 의해 지름이 줄어들면서 자전 속도는 급격히 빨라집니다. 


 과학자들은 중성자별이 내놓는 강력한 자기장과 에너지를 관측해 이와 같은 사실을 실제로 관측할 수 있습니다. 이렇게 주기적 에너지 관측이 가능한 중성자별을 펄서라고 부릅니다. 펄서 가운데는 밀리초 단위로 자전을 하는 경우도 있으며 이를 밀리초 펄서라고 부릅니다. 사실상 우주에서 가장 빠른 속도로 자전하는 천체라고 할 수 있습니다. 


 중성자별의 자전 속도는 외부에서 유입되는 물질이나 동반성에 의해 오랜 시간에 걸쳐 점점 빨라지거나 느려질 순 있지만, 단기적으로 보면 일정합니다. 태양보다 질량이 큰 천체의 자전속도를 갑자기 바꾸기는 어렵기 때문입니다. 하지만 놀랍게도 과학자들은 펄서의 주기가 갑자기 변하는 글리치 (Glitch) 현상을 발견했습니다. 중성자별이 짧은 기간 동안 갑자기 자전 속도가 빨라졌다가 다시 원래로 돌아오는 것입니다. 


 모나쉬 대학, 맥길 대학, 태즈매니아 대학 (Monash University, the ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), McGill University in Canada, and the University of Tasmania)의 국제 과학자팀은 지구에서 1000광년 떨어진 가까운 펄서인 벨라 펄서 (Vela Pulsar)를 관측해 속도가 빨라지기 전 갑자기 느려지는 현상도 발생한다는 점을 확인했습니다. 그 이유는 잘 모르지만, 이는 중성자별 내부 환경이 생각보다 더 복잡할지도 모른다는 점을 시사합니다. 


 중성자별의 자전 속도가 변하는 이유는 내부의 액체 상태의 중성자 초유체 (superfluid neutron)가 단단한 지각을 뚫고 나오면서 물질 분포가 변하고 이로 인해 팽이가 흔들리듯 속도가 잠시 변했다가 원래 상태로 돌아오는 것으로 알려져 있습니다. 다만 설명할 수 없는 직전 속도 감소를 볼 때 구체적인 메카니즘을 밝히기 위해 더 많은 연구가 필요합니다. 

 아무튼 중성자별의 자전 속도가 달라질 수 있다는 것 자체로 흥미로운 사실 같습니다. 


 참고 


Rotational evolution of the Vela pulsar during the 2016 glitch, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0844-6



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