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우주 이야기 966 - 역대 가장 무거운 중성자별



(Neutron stars are the compressed remains of massive stars gone supernova. WVU astronomers were part of a research team that detected the most massive neutron star to date. Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF))


 웨스트 버지니아 대학의 연구팀이 지금까지 발견된 중성자별 가운데 가장 무거운 중성자별을 발견했습니다. J0740+6620는 지구에서 4600광년 떨어져 있는 펄서로 지름 20-30km 정도의 구체이지만 질량은 태양의 2.17배에 달합니다. 이는 도시 만한 크기의 천체가 지구 질량의 70만배에 달하는 질량을 지닌 수준입니다. 


 사실 멀리 떨어진 작은 중성자별의 질량을 측정하기는 매우 어렵습니다. 유일한 방법은 주변을 공전하는 백색왜성의 존재할 경우 이를 이용하는 것입니다. 일반 상대성 이론에 의해 백색왜성이 있을 경우 그 영향으로 주변의 공간에 변형이 오면 펄서가 방출하는 파장이 미세한 변화를 일으키는데 이를 사피로 지연 (Shapiro Delay)이라고 부릅니다. 과학자들은 이를 측정해 중성자별의 질량을 측정할 수 있습니다. (개념도 참조) 


 중성자별과 백색왜성의 경계는 태양 질량의 1.4배입니다. 이를 찬드라세카 한계라고 부르는데, 이보다 질량이 커지면 강한 중력에 의해 모든 전자와 양성자, 중성자가 서로 붙어 하나의 거대한 원자핵이 되며 전하가 상쇄되기 때문에 중성자별이 됩니다. 만약 태양 질량의 3배가 넘은 경우 중성자조차도 그 중력을 버틸 수 없어 모든 물질이 하나의 점으로 수축해 블랙홀이 됩니다. 


 하지만 과학자들은 사실 태양 질량의 2배가 넘는 중성자별을 거의 관측하지 못했습니다. 실질적으로 이를 막는 다른 메카니즘이 있을 수 있음을 시사하는 것입니다. 아무튼 얼마나 큰 중성자별이 있을 수 있는지 역시 흥미로운 주제일 것입니다. 앞으로 관측 결과를 통해 이를 검증할 수 있을 것입니다. 


 참고 


Relativistic Shapiro delay measurements of an extremely massive millisecond pulsar, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0880-2 , https://nature.com/articles/s41550-019-0880-2

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