우주 이야기 1213 - 자전 주기가 가장 긴 펄서 발견

(The MeerKAT telescope detecting the star. Credit: Danielle Futeselaar)

시드니 대학의 연구팀이 이끄는 국제 과학자 팀이 자전 속도가 역대 가장 긴 중성자별을 발견했습니다. 중성자별은 태양보다 무거운 별이 수축해 도시만한 크기로 수축하기 때문에 그 과정에서 각운동량 보존 법칙에 따라 자전 속도가 매우 빨라집니다. 피겨 선수가 회전하면서 팔을 오므리면 속도가 더 빨라지는 것과 같은 원리입니다.

따라서 중성자별 가운데는 극단적으로 짧은 자전 주기를 지니면서 에너지를 방출하는 펄서들이 있는데, 주기가 1초 미만인 경우 밀리세컨드 펄서라고 부릅니다. 물론 태양 질량의 1.4배가 넘는 천체가 몇 초에 한 번 자전한다고 해도 엄청난 속도로 자전하는 셈이라서 중성자별은 매우 빠른 속도로 자전을 한다는 것을 알 수 있습니다. 달리 말하면 이런 엄청난 속도로 자전할 수 있는 천체는 중성자별처럼 중력이 매우 크고 밀도가 높은 천체 뿐이라고 할 수 있을 것입니다.

그런데 남아프리카 공화국에 설치된 64개의 안테나 어레이인 미어캣 (MeerKAT) 전파 망원경으로 우주를 관측하던 미어트랩 (MeerTRAP) 팀은 매우 특이한 펄서 신호를 확인했습니다. PSR J0901-4046는 자전 주기가 76초에 불과하지만, 이는 23.5초라는 이전 기록을 깬 것으로 에너지를 주기적으로 방출하는 중성자별 가운데서는 가장 긴 편입니다.

그러나 더 특이한 점은 7가지 다른 신호가 섞여서 방출된다는 것입니다. PSR J0901-4046는 장주기 마그네타 (Magnetar, 강한 자기장을 지닌 중성자별)와 빠른 전파 폭발 (fast radio burst, FRB)와 비슷한 특성도 지니고 있습니다. 어쩌면 중성자별의 자전 속도가 떨어지면서 생기는 변화를 보여주거나 FRB의 기원과 관련이 있을 수 있습니다.

우주는 넓고 별의별 천체가 다 있을 수 있습니다. 현재까지 찾아낸 펄서와 중성자별은 아마도 전체의 극히 일부일 것입니다. 앞으로 어떤 이야기가 나올지 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2022-05-unusual-neutron-star-seconds-stellar.html

https://newatlas.com/space/impossible-neutron-star-slowest-spinning/

Manisha Caleb, Discovery of a radio-emitting neutron star with an ultra-long spin period of 76 s, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01688-x. www.nature.com/articles/s41550-022-01688-x

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