[아하! 우주] 초고밀도 중성자별은 얼마나 클까?

중성자별 충돌에서 중성자별의 크기를 알 수 있는 단서를 찾았다.

우주의 고밀도 천체에 대한 천문학자들의 탐구가 상당히 진척되고 있다고 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 4일(현지시간) 보도했다.

대표적인 고밀도 천체로 꼽히는 중성자별은 기괴한 성질을 가진 천체로, 태양보다 엄청 무거운 질량의 별이 죽은 후에 남긴 유해 같은 것이다. 마치 큰스님의 다비 후 남긴 사리 같은 존재라고나 할까.

그런데 이 대항성의 사리인 중성자별은 도시만한 부피의 몸집에 질량은 무려 태양의 1.1 내지 3배에 달한다. 별의 모든 전자와 양성자가 중성자로 변환되어 어마어마한 밀도로 뭉쳐진 중성자별은 말 그대로 중성자로만 구성된 천체이다.

그러나 아직까지 중성자별은 그 크기 등 대부분이 신비에 싸여 있다. 그런데 최근 드라마틱한 중성자별 충돌이 관측됨으로써 그 신비의 베일이 조금씩 벗겨지고 있는 중이다.

지난 8월 17일, 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)와 유럽의 비르고(VIRGO) 프로젝트가 이 시공의 주름이라 일컬어지는 중력파를 탐지했다. 중력파는 일찍이 아인슈타인이 1세기 전에 예측했던 것으로, 이번에 관측된 중력파는 지구에서 1억 3000만 광년 거리에 있는 NGC 4993 은하에서 발산된 것이었다.

10월 들어 연구진은 두 개의 중성자별이 충돌하여 태양 질량의 2.74배가 되는 하나의 중성자별로 합체되면서 발산된 중력파라는 사실을 발표했다. LIGO가 그전에 블랙홀의 충돌로 인한 중력파를 관측한 적은 있지만, 중성자별의 충돌에서 나온 중력파를 관측한 것은 이것이 최초로 기록되었다.

과학자들은 이 중성자의 합병에서 나온 빛을 망원경으로 관측하는 데도 성공함으로써 천체물리학에서 멀티 메신저의 신기원을 열었다.

연구팀이 중성자별의 합병을 여러가지 모델로 컴퓨터 시뮬레이션을 해본 결과, 이 분야에서 이룬 새로운 연구성과는 지난주 천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 발표됐다.

시뮬레이션에 근거한 계산으로 인해 중성자별의 크기를 결정할 수 있게 되었으며, 나아가 최소 21.4km 크기에 태양의 1.6배 질량이 농축되어 있음이 밝혀졌다고 한 연구자가 전했다. 이는 성냥갑 하나만한 부피의 중성자별 물질이 무려 5조 톤에 달한다는 계산이다.

독일 하이델베르크 이론연구소 소속 안드레아스 바우슈바인 대표저자는 “우리는 머지않아 더 많은 중성자별 충돌을 관측할 수 있을 것으로 기대한다"면서 "중성자별의 내부구조에 대해서도 더 많은 정보를 얻게 될 것”이라고 밝혔다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com