[아하! 우주] ‘꼬리가 달린 중성자별’ 포착

우주에는 매우 독특하고 신기한 형태를 가진 천체가 다수 존재한다. 마치 살아있는 심해 생물체처럼 보이는 독특한 성운도 그중 하나다. 위의 사진에서 보이는 꼬리를 가진 천체의 정체는 미국항공우주국(NASA)의 스피처 적외선 우주 망원경과 찬드라 X선 관측 위성이 관찰한 중성자별이다.

중성자별은 태양보다 무거운 별의 잔해가 뭉쳐서 생긴 천체이다. 백색왜성과 블랙홀 사이 질량을 가진 고밀도 천체로 이 중에는 자전에 따라 규칙적으로 강력한 에너지를 방출하는 펄서(Pulsar)가 있다. 펄서는 비교적 최근에 생성된 중성자별로 수초에서 밀리초(1/1000초)의 주기로 강력한 전파와 물질을 뿜어낸다. 펄서 주변의 가스가 이 과정에서 주변으로 퍼지면서 여러 가지 형태의 펄서풍 성운(PWN, Pulsar wind nebulae)을 만든다. 하지만 보통 지구에서 거리가 아주 멀기 때문에 그 세부적인 구조는 알기 어려운 경우가 대부분이다.

펜실베이니아주립대의 과학자들은 NASA의 스피처 및 찬드라 관측 위성을 이용해서 지구에서 800광년 떨어진 펄서인 게밍가(Geminga)와 3,300광년 떨어진 펄서 B0355+54를 관측했다. 여기서 연구팀은 주변으로 뻗어 있는 꼬리(tail) 구조를 확인할 수 있었다. 꼬리의 형성 원인은 강력한 자기장에 의해 펄서의 양 자전축 방향으로 가스의 제트가 뿜어져 나오는 것으로 생각된다.

그런데 이 펄서 자체가 한쪽으로 이동 중이기 때문에 성간 가스와의 상호 작용 때문으로 한쪽으로 꺾인 모습을 하게 된 것이다. 동시에 펄서 주변 가스 역시 펄서의 이동에 따라 가운데 꼬리를 만들게 된다. 다만 게밍가는 지구에서 바라볼 때 위에서 내려보는 방향이라 세 개의 꼬리가 잘 보이고 B0355+54는 측면에서 보기 때문에 꼬리가 하나밖에 보이지 않는 차이다. 이 꼬리의 길이는 태양 - 명왕성 거리의 1,000배에 달한다.

두 펄서는 모두 생성된 지 50만 년 정도밖에 되지 않은 젊은 펄서로 초당 5회가량 자전하며 우주를 여행하고 있다. 비록 우리가 맨눈으로 볼 수는 없지만, 독특한 꼬리를 만들면서 지나가는 펄서의 모습은 우주의 또 다른 신비다.

사진=독특한 꼬리를 지닌 중성자별(위)와 개념도(아래) 출처: NASA/JPL-Caltech 등

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com