우주 이야기 1139 - 중성자별에는 밀리미터 높이를 넘어서는 산은 없다?

(Artist's depiction of a neutron star. Credit: ESO / L. Calçada)

중성자별은 천체 하나가 중성자로만 이뤄진 거대한 원자핵으로 밀도가 우주에서 가장 높은 천체입니다. 이보다 더 밀도가 높은 천체는 밀도가 무한대가 되는 블랙홀 뿐입니다. 태양 질량의 1.4배 정도 되는 중성자별도 지름은 10km 수준이며 각설탕 하나 크기의 표면 물질은 지구의 산 만큼 큰 질량을 지니고 있습니다. 티스푼 하나에 들어갈 5mm 크기의 덩어리도 기자에 있는 파라미드의 900배에 달하는 질량입니다.

이런 엄청난 밀도는 결국 표면 중력이 엄청나다는 이야기로 빛의 평범한 빛도 중성자별에서 빠져나올때는 경로가 휘어질 만큼 중력이 강력합니다. 따라서 중성자별의 표면은 극도로 미끈합니다. 조금만 높은 부분이 있어도 강력한 중력 때문에 곧 다른 곳과 높이가 같아지는 것입니다. 이런 이유로 과학자들은 중성자별 표면에 수cm 이상 높이의 산은 없을 것이라고 생각했습니다. 물론 이 정도 높이라도 질량은 지구의 큰 산과 견줄 수 있을 정도입니다.

사우샘프턴 대학의 파비앙 기틴스 (Fabian Gittins at the University of Southampton)는 2021 영국 국립 천문학 학회 (National Astronomy Meeting 2021)에서 새로운 컴퓨터 모델을 통해 중성자별의 표면에 대한 더 현실적인 모형을 내놓았습니다. 이에 따르면 중성자별 표면에는 cm가 아니라 mm 수준의 요철 밖에 없습니다. 다시 말해 아무리 높은 산도 1mm 이하 수준에 불과하다는 것입니다. 사실상 중성자별이 우주에서 가장 완벽한 구에 가까운 천체라고 할 수 있는 이유입니다.

물론 우리가 직접 중성자별 표면에 탐사선을 내려보내 이를 확인할 순 없지만, 중성자별의 강력한 표면 중력을 감안할 때 표면이 거의 아무런 요철이 없는 완벽한 형태라는 점은 의심할 수 없습니다. 지형이라는 관점에서 보면 가장 심심한 천체인 셈입니다.

참고

https://phys.org/news/2021-07-bug-life-millimeter-tall-mountains-neutron.html

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통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

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150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

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