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우주 이야기 987 - 역사상 가장 정밀하게 관측된 펄서



(NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer is an X-ray payload aboard the International Space Station. Credit: NASA)
(Simulation of a possible quadrupole magnetic field configuration for a pulsar with hot spots in only the southern hemisphere. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center)


 두 과학자팀이 국제 유인 우주 정거장에 설치된 X 선 망원경인 NICER(Neutron star Interior Composition Explorer)를 이용해 펄서의 표면을 가장 정확하게 측정했습니다. 펄서는 주기적으로 에너지를 방출하는 천체로 그 정체는 빠른 속도로 자전하는 중성자별입니다. 중성자별은 초신성 폭발 결과 남은 중심핵 물질이 압축된 것으로  하나의 거대한 원자핵이라고 할 수 있습니다. 과학자들에게 매우 흥미로운 천체이지만, 멀리 떨어져 있으면서 크기는 지구보다 약간 큰 정도에 불과해 세부적인 구조를 확인하기는 어려웠습니다.  


 암스테르담 대학과 메릴랜드 대학의 과학자들은 2017년 7월부터 2018년 12월간 NICER 데이터를 이용해 지구에서 1100광년 떨어진 밀리세컨드 펄서인 J0030의 자기장과 구조를 연구했습니다. 펄서 표면은 지구에서 보면 매우 작지만, 온도가 매우 높고 주변으로 강력한 자기장을 형성하기 때문에 X 선 데이터를 이용해 크기와 형태를 분석할 수 있습니다. 


 암스테르담 팀은 J0030의 질량이 태양의 1.3배이고 지름은 25.4km라고 확인했습니다. 메릴랜드 팀의 계산 역시 태양 질량의 1.4배에 지름 26km로 거의 비슷했습니다. 과학자들은 이번 계산이 오차 범위 10% 이내일 것으로 생각하고 있습니다. NICER의 도움으로 전에 없이 정확한 측정이 가능해진 것입니다. 




(동영상) 

 더 흥미로운 사실은 자기장의 형태가 시뮬레이션 사진에서 볼 수 있듯이 매우 복잡하다는 것입니다. 본래 지구에서 봤을 때 이 중성자별은 북반구 밖에 보이지 않지만, 중성자별의 강한 중력에 의한 중력 렌즈 효과 덕분에 과학자들은 숨겨진 남반구까지 볼 수 있습니다. NICER 관측 결과는 강력한 자기장을 따라 입자가 이동하면서 특히 더 뜨거운 핫 스팟이 생기는데, 흔히 교과에서 묘사하는 것처럼 지구 자기장과 비슷한 형태가 아니라 남반구에만 핫 스팟이 존재하는 독특한 형태를 취하고 있었습니다. 과학자들은 J0030의 남반구에 두 개 혹은 세 개의 핫 스팟이 있는 것을 확인했습니다. 참고로 이 시뮬레이션은 강력한 슈퍼컴퓨터의 도움으로 이뤄졌습니다. 


 펄서는 블랙홀처럼 흥미로운 천체이지만, 관측 역시 어려운 천체로 알려져 있습니다. 하지만 최신 관측 기술과 고성능 슈퍼컴퓨터의 도움으로 점점 그 비밀이 밝혀지고 있습니다. 앞으로 NICER를 통한 여러 가지 연구 결과가 기대됩니다. 


 참고 
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