우주 이야기 1527 - 중성자별에는 작은 산이 있다?

(Composite optical/X-ray image of the Crab Nebula, showing synchrotron emission in the surrounding pulsar wind nebula, powered by injection of magnetic fields and particles from the central pulsar. Credit: NASA/HST/ASU/J)

펄서는 극단적으로 빠르게 자전하면서 강력한 에너지를 방출하는 중성자별입니다. 지구에서 관측했을 때 이 에너지는 자전 속도와 같은 주기로 방출되기 때문에 특정한 속도로 뛰는 맥박 같습니다. 하지만 결국 서서히 에너지를 잃기 때문에 어느 순간이 오면 펄서가 아니라 그냥 평범한 중성자별이 됩니다. 이렇게 더 이상 박동이 뛰지 않는 죽은 펄서는 우주에 드물지 않습니다.

그런데 천문학자들은 이론적으로 수명이 다한 펄서 가운데 아직도 박동이 멈추지 않는 펄서들을 발견했습니다. 왜 그런지는 아직 미스터리로 남아 있습니다. 중국 베이징 대학의 지하우 추 (Zi-Hao Xu from Peking University)는 이런 미스터리 펄서 가운데 PSR J0250+5854와 PSR J2144-3933를 분석해 그 이유를 연구했습니다.

연구팀은 이 펄서를 설명할 수 있는 가장 가능성 있는 모델로 펄서 표면에 있는 작은 산을 지목했습니다. 펄서 표면에 있는 산은 사실은 높이가 1cm를 넘지 않는 매우 작은 올라간 지형이지만, 하나의 거대한 원자핵처럼 밀도가 높은 중성자별에서는 손톱 끝만큼의 융기도 1000억톤의 질량을 지니고 있습니다. 그리고 이는 주변 자기장에 상당한 영향을 미쳐 에너지를 계속 방출하게 만듭니다.

물론 중성자별 표면의 산은 오래 지속될 수 없습니다. 중성자별의 중력은 지구의 1000억 배 (2x10^11)나 강하기 때문에 조금만 높은 곳이 있어도 금방 깍여 나가기 때문입니다. 그리고 이 과정에서 자전 속도가 변하는 현상이 나타날 것입니다. 연구팀은 앞으로 건설될 중국 FAST 망원경 (Chinese FAST telescope)이 이를 자세히 포착할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 덧붙여 균일한 거대한 원자핵인 중성자별에서 1cm라도 산이 생길 수 있는 원인 역시 흥미로운 연구 과제일 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2025-06-pulsars-tiny-mountains.html

Zi-Hao Xu et al, Pulsar Sparking: What if mountains on the surface?, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2506.12305

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