[아하! 우주] 중성자별의 실제 크기는 도시와 비슷해 (연구)

중성자별은 우주에서 가장 밀도가 높은 천체다. 무거운 별이 초신성 폭발 이후 남긴 잔해가 모여 생성되는데, 남은 잔해의 질량이 태양 질량의 대략 1.4배가 넘는 경우 강력한 중력으로 모든 물질을 하나로 뭉쳐 마치 거대한 원자핵 같은 구조를 만든다. 이렇게 무거운 질량에도 크기는 지름 수십㎞ 이하에 불과하다. 만약 이보다 더 지름이 작고 밀도가 높으면 블랙홀이 되면서 밀도가 무한대가 된다.

하지만 사실 과학자들은 중성자별의 지름이 매우 작다는 점은 알아도 정확한 크기를 추정하지는 못했다. 대부분 중성자별이 수천 광년 이상 떨어져 있어 직접 관측해 지름을 재기 힘들기 때문이다. 반지름에 대한 이론적인 추정은 8~16㎞로 범위가 넓은데, 부피는 길이의 세제곱에 비례하므로 사실 밀도의 범위는 가장 작은 값과 가장 큰 값이 8배 정도 차이가 나는 셈이다.

독일 프랑크푸르트 괴테 대학(Goethe University Frankfurt)의 루치아노 레졸라(Luciano Rezzolla) 교수와 그의 동료들은 작년에 있었던 중성자별 충돌 사건인 GW170817을 조사해 중성자별의 크기에 대한 단서를 찾았다. 두 개의 중성자별이 충돌하면서 발생한 중력파가 지구에서 감지됐는데, 이 중력파는 중력을 지닌 두 천체의 질량, 서로 간 거리, 반지름 등과 연관이 있다.

연구팀은 관측된 중력파를 가장 잘 설명할 수 있는 모델을 검토해 중성자별의 지름을 1.5㎞ 이내에서 추정했다. 이에 따르면 12~13.5㎞가 가장 가능성 높은 반지름이다. 이는 프랑크푸르트시와 대략 비슷한 크기다. 물론 이 추정이 옳은지 검증하기 위해 앞으로 중력파나 다른 방법을 통해 추가 연구가 필요하지만, 태양보다 무거운 천체가 도시만 한 크기로 압축됐다는 기존 이론에 부합되는 결과다.

블랙홀만큼 대중적인 인기는 없지만, 중성자별 역시 매우 흥미로운 천체다. 비록 그 실체를 밝혀내는 일이 간단하지는 않지만, 과학자들은 하나씩 그 비밀을 풀어낼 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com