우주 이야기 62 - 극단적이거나 특이한 중성자 별들



 이전 중성자별에 대한 소개 이후 다소 극단적이거나 특이한 형태의 중성자별을 모아서 설명해봅니다. 이전과 마찬가지로 경어는 편의상 생략

  밀리세컨드 펄서 (Milisecond Pulsar)

 : 펄서의 정체는 앞서 이야기 했듯이 빠른 속도로 자전하는 중성자 별에서 방출되는 방사선이다. 그런데 이 중에서 특히 엄청난 속도로 회전하는 펄서가 존재한다. 1 - 10 밀리 세컨드 ( 1/1000 분의 1초) 단위로 빠르게 회전하는 펄서들을 밀리세컨드 펄서라고 부르며 이는 초당 100 - 1000 회 사이의 회전인 셈이다.

 최초의 밀리세컨드 펄서는 1982년에 발견된  PSR B1937+21 이다. 이 펄서는 초당 641 회라는 엄청난 속도로 회전하고 있었다. 이후 2010 년까지 PSR J1748-2446ad  라는 펄서가 초당 761 회라는 기록을 세웠다. 한편 최근의 관측 결과에서 XTE J1739-285 라는 펄서의 주기가 1122 Hz 에 달한다는 보고가 있었으나 더 관측이 필요하고 아직 확정된 것은 아니다.

 이렇게 빨리 자전하는 중성자별이 왜 형성되는지 현재까지 확실하지는 않다. 이를 설명하는 가설 가운데 하나는 spin up 이론이다. 이 이론은 밀리세컨드 펄서들이 재활용 (recycle) 되었을 가능성을 시사한다. 왜냐하면 각운동량 보전의 법칙만으로 밀리세컨드 펄서를 설명할 수 없기 때문이다.

 이 이론에 의하면 본래 더 천천히 돌던 중성자별이 주변에서 물질을 흡수 강착 원반이 형성되는 과정에서 점점 빨라지게 된다. 대부분의 밀리세컨드 펄서들은 구상 성단에서 발견되는 데 이로 인해 펄서들이 거대한 동반성을 거느릴 가능성이 높아 진다. 그렇게 되면 중성자 별은 같이 도는 동반성에서 물질을 흡수하면서 속도가 빨라지게 되는 것이다. 이는 주변을 회전하면서 들어가는 물질의 각운동량이 결국 중성자 별로 전달되는 것과 같다.

 과학자들은 이런 현상이 low mass X ray binary (LMXB) 와 연관이 있다고 생각한다. 이것은 블랙홀이든 중성자별이든 간에 거대한 동반성을 가진 경우 동반성으로 부터 물질을 흡수하면서 블랙홀이나 혹은 중성자별이 강착 원반을 형성하고 이 강착 원반으로 부터 X ray 가 방출되는 현상이다.

(동반서으로 부터 중력으로 물질을 빨아들이는 중성자별이나 혹은 블랙홀. 이들은 거대한 중력으로 같이 도는 동반성으로 부터 물질을 빨이들인다. 이 물질들은 중력에 의한 상호 작용으로 회전하는 강착 원반을 형성한다. 이 원반의 높은 온도로 인해 블랙홀이나 중성자별은 X ray 는 물론 여러 영역에서 관측이 가능해진다. 원반의 회전에너지는 중심의 중성자별로 전해진다. 원반의 수직으로 양축에서는 다 들어가지 못한 물질들이 아원자 제트의 형태로 뿜어져 나온다. 아래 동영상은 이를 영상으로 표시한 것   This file is in the public domain because it was created by NASA and ESA.  )

  

  마그네타 (Magnetar)

 : 마그네타는 특별히 아주 강력한 자기장을 지닌 중성자 별을 의미한다. 이 자기장의 강력한 정도는 수십 기가 테슬라 (Gigatesla) 급으로 인간이 만들 수 있는 가장 강력한 자기장의 수억배 수준이며 지구 자기장의 1000 조배 수준이다. 이 엄청난 자기장은 매우 치명적이다. 만약 사람이 마그네타에서 1000 km 정도 떨어져 있다면 강력한 자기장으로 인해 물의 반자성 (diamagnetism of water) 이 매우 강력해져서 조직이 파괴될 수 있을 정도이기 대문이다.

 마그네타는 초신성 폭발 직후 발생한 중성자 별에서 강력한 열과 회전 에너지가 다이나모 효과에 의해 강력한 자기장으로 바뀌면서 생긴다고 생각된다. 아마도 10 개의 초신성 중 하나 꼴로 마그네타를 형성하는 것으로 생각된다.

(마그네타의 컨셉 아트  This file is in the public domain because it was created by NASA. )

 지구에서 가장 가까이 있는 중성자 별

 : 펄서  PSR J0108-1431 는 지구에서 약 424 광년 정도 떨어져 지구에서 가장 가까운 중성자 별로 생각된다. 대개 중성자 별은 지구에서 아주 멀리 떨어져 있는 경우들이 많은데 가까이서 초신성 폭발이 없었다는 의미이기 때문에 지구 생명체의 안전을 위해서는 다행한 일이다. 이 중성자별은 1억 6600만년전 폭발한 초신성의 잔해라고 생각되며 0.8 초 주기로 자전하고 있다. 다만 태양계나 중성자별이나 서서히 이동하기 때문에 과거나 미래에 다른 중성자 별이 지구에서 가장 가까이 있을 수 있다. 

 행성을 거느린 중성자 별 

 :  중성자 별은 대개 초신성 폭발의 결과로 생기기 때문에 주변에 행성이 남아 있을 가능성은 많지 않아 보인다. 그러나 놀랍게도 실제 행성을 거느린 중성자 별들이 관측되고 있다. 2007년 PSR B1257+12 라는 지구에서 980광년 정도 떨어진 펄서는 최초로 행성을 거느린 중성자별로 기록되었다. 더구나 이 중성자 별은 하나가 아니라 4개나 되는 행성을 거느린 것으로 추정된다. 

 ( PSR B1257+12 의 행성 시스템. M 은 지구 질량.  출처 : wiki )

 이 행성계는 중성자 별과 매우 가까이 존재하기 때문에 극한적인 환경에 노출되어 있어 생명체가 존재할 가능성은 거의 없어 보인다. 다만 40 AU 정도 떨어진 공전 궤도에 지구 질량의 100 배 정도 되는 가스 행성의 존재가 의심되고 있어 만약 이 위치라면 가능성이 없지는 않다.

 이 중성자 별의 경우 6.22 Milisecond 펄서이기 때문에 강력한 방사선과 빛, 그리고 자기장으로 인해 특수한 환경에 행성계가 존재할 것으로 보인다. 중성자 별 주변의 행성계에 대해서는 나중에 별도 포스팅으로 준비해 보겠다.

( 중성자별 주변의 행성계에 대한 컨셉 아트. 강력한 자기장으로 인해 오로라가 발생한 모습이 보인다. This file is in the public domain because it was created by NASA )