우주에서 발견된 가장 거대한 중성자별, 존재해야 하는가?

지름이 약 20킬로미터인 작은 구체에 담긴 펄서는 매우 빠르게 회전하는 중성자별로, 태양 질량의 약 2.14배입니다. 회전하는 우주 시체는 폭발적인 죽음을 겪은 후 지구에서 약 4,600광년 떨어진 곳에 떠 있는 무거운 별의 남은 전부입니다. 최근 천문학자들은 이 시체가 지금까지 발견된 것 중 가장 거대한 중성자별이라는 사실을 발견했습니다. 천문학자들은 "실제로 그것은 너무 거대해서 전혀 존재할 수 없는 한계에 가깝다"라고 보고했습니다. J0740+6620이라고 불리는 이 중성자별은 전파 신호를 방출하고 초당 289번의 현기증 나는 속도로 회전하면서 펄서가 됩니다. 펄서의 질량에 대한 새로운 추정치는 이전 기록 보유자보다 더 무거워졌습니다. 수석 저자이자 버지니아 대학 대학원생인 생크풀 크로마티는 "회전하는 중성자별은 태양 질량의 약 2.01배에 달한다. 새로운 기록 보유자의 질량을 알아내는 것은 완전히 짜릿했다"라고 말했습니다.

 

과학자들은 그린 뱅크 천문대와 아레시보 천문대에서 전파 망원경으로 수집한 데이터를 통해 별의 시체를 연구할 기회를 발견했습니다. 해당 데이터는 하늘 전체에서 빠르게 회전하는 펄서 무리를 관찰하는 것을 목표로 하는 중력파를 위한 북미 나노 헤르츠 관측소 공동 작업에서 나온 것입니다. 크로마티와 동료들은 데이터 세트를 보면서 펄서의 질량을 예측할 수 있는 물리학 현상의 힌트를 포착했습니다. 연구원들은 이 힌트를 더 자세히 찾기 위해 웨스트버지니아에 있는 그린 뱅크 망원경을 사용했습니다. 천문학자들은 펄서의 위치를 기반으로 펄서가 정기적으로 방출하는 전파가 실제보다 조금 더 빨리 망원경에 도달했음을 알아냈습니다. 샤피로 지연이라 불리는 이 물리적 현상은 다른 천체가 별의 중력에 묶여 회전하는 중성자별 주위를 공전할 때 발생합니다. 물체가 펄서 앞을 지나갈 때 궤도를 도는 물체는 무선 신호가 이동하는 공간을 약간 비틀고, 이로 인해 약간 지연된 전파가 망원경에 도착합니다. 이 경우 궤도를 도는 물체는 백색 왜성이 됩니다. 과학자들은 이러한 지연을 사용해 펄서와 백색 왜성의 질량을 계산했습니다.

 

크로마티는 "최근 발견으로 초신성과 중성자별이 어떻게 탄생하는지에 대한 더 많은 정보가 밝혀질 수 있다"라고 이야기했습니다. 일반적으로 큰 별이 죽으면 초신성으로 폭발하는데, 이러한 폭발로 인해 스스로 붕괴된 별은 중성자별이 되거나 그것이 정말로 거대할 경우 블랙홀이 됩니다. 크로마티는 "중성자별의 질량에는 한계가 있다"라고 짚었습니다. 지난 2017년 연구원들은 "별이 태양 질량의 2.17배에 도달하면 그 별은 물질에 굶주린 블랙홀로서 어두운 존재가 될 운명에 처해 있다"라고 발표했습니다. 이는 J0740+6620이 정말로 그 한계를 밀어붙이고 있다는 의미, 더 거대해진다면 별은 블랙홀로 붕괴했을 것입니다. 크로마티는 "정말 이상한 물리학이 밀도가 높은 항성 물체 내부에서 발생하고 있다. 별 내부에서 발생하는 물리학은 여전히 잘 이해되지 않는다"라고 토로했습니다. 존재의 한계에 가까운 것을 발견하면 내부 깊은 곳에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대해 더 많이 알 수 있을 뿐만 아니라 밀도가 높은 물질이 어떻게 행동하는지에 대해서도 더 많이 알 수 있습니다. 크로마티는 "그래서 이런 방식으로 중성자별을 관찰하는 것은 핵물리학을 연구하기 위해 우주에 있는 실험실을 이용하는 것과 같다"라고 말했습니다. 이어 그는 "국제 우주 정거장에 탑승해 비행하는 캐나다 수소 강도 매핑 실험 망원경 또는 나사의 중성자별 내부 구성 탐색기 망원경과 같은 도구를 사용하여 이 펄서를 보다 정기적으로 관찰하기를 희망한다. 이러한 관찰을 통해 질량 측정을 미세 조정할 수 있을 것"이라 밝혔습니다.