산만큼 큰 원자 — 중성자별

중서자별은 우주에서 가장 특이한 천체 중 하나입니다. 블랙홀이 될 정도로 무겁지 않으면서 놀라울 정도로 아주 극단적인 성질들을 지닌 거대한 원자핵 같은 천체입니다. 만약 당신이 너무 가까이 갔다면큰 일이죠.

많은 분들이 유튜브가 새로운 동영상이 올라왔다고 알려주지 않는다고 해서 뉴스레터를 만들었습니다. 스팸은 절대 보내지 않습니다 : http://eepurl.com/2bzP1 (다시는 동영상을 놓치지 마세요)

동영상에 사용된 음악은 다음에서 찾을 수 있습니다:

https://www.epicmountainmusic.bandcamp.com/track/neutron-star
&
https://www.soundcloud.com/epicmountain

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산만큼 큰 원자 — 중성자별

중성자별은 우주에서 가장 극단적인 천체 중 하나입니다.

거대한 원자핵 같고,

지름은 수천 km에,

믿을 수 없을 정도로 밀도가 높고 격하죠.

어떻게 이런 게 존재할 수 있을까요?

별의 생애는 두 가지 힘의 균형에 좌우됩니다.

자체 중력과

핵융합반응에 의한 복사압입니다.

별의 중심핵에서는 수소가 헬륨으로 핵융합합니다.

결국에는 중심핵에 있는 수소가 다 소모되죠.

만약 별이 충분히 무겁다면, 이제는 헬륨이
탄소로 핵융합합니다.

무거운 별의 중심은 양파같이 층을 이루게 되고,

점차 더 무거운 원자핵이 별 중심핵에 누적됩니다.

탄소는 네온으로 네온은 산소로 그리고 산소는 규소로 핵융합합니다.

마침내는 철에 이르게 되고 철은 다른 원소로
핵융합 할 수 없죠.

핵융합이 멈추게 되면, 복사압이 빠르게 감소합니다.

별의 균형이 깨집니다.

그리고 만약 중심핵의 질량이 태양 질량의
1.4배가 넘으면, 파국적인 붕괴가 일어납니다.

중심핵의 바깥 부분이 별의 중심으로 붕괴하며

그 속도는 초속 70,000km에 이르게 됩니다.

이제 원자 내부에 존재하는 기본 힘들만이
중력 붕괴를 막을 수 있습니다.

전자 사이의 양자역학적인 반발력은 역부족하고,

전자와 양성자가 합쳐져 중성자가 되어 원자핵만큼
빽빽하게 뭉치죠.

별의 바깥 층은 격렬한 초신성 폭발과 함께
우주로 날아갑니다.

이제 중성자별이 탄생했습니다!

질량은 태양의 1~3배 정도이나, 25km
정도 크기로 압축되어있습니다.

질량이 지구의 500,000배고 맨해튼 크기
정도 지름의 작은 구체입니다.

밀도가 아주 높아 중성자별 1cm³ 조각은 철로 된
변 길이 700m인 정육면체와 질량이 같습니다.

에베레스트의 질량과 비슷한 10억 톤이 각설탕만
한 공간에 들어있는 셈이죠.

중성자별의 중력 또한 대단합니다!

표면에서 1m 거리에서 물건을 떨어뜨리면,
1마이크로초 후 바닥에 닿는데,

시속 720만km까지 가속됩니다.

표면은 대단히 평평해서, 가장 큰 흠이 5mm 정도이며

아주 얇은 고온의 플라즈마 대기가 있습니다.

태양 표면의 온도는 5,800K 인데 비해
중성자별은 100만K 정도입니다.

이제 중성자별 내부를 살펴봅시다!

껍질은 대단히 단단하고 아마도 철의
원자핵으로 된 격자로 이루어져,

전자의 바다가 그 사이를 흐릅니다.

중심으로 다가갈수록 양성자가 덜 보이고
중성자가 더 보이다,

마침내는 서로 구분할 수 없는 중성자가
초고밀도의 스프 상태를 이룹니다.

중성자별의 중심핵은 정말 정말 이상합니다.

어떤 성질인지 확실히는 모르지만, 가장 그럴듯한 추측은
중성자 축퇴물질로된 초유체 상태,

혹은 일종의 초고밀도의 쿼크 물질인
쿼크-글루온 플라즈마 상태입니다.

이들은 기존의 상식으로는 전혀 말이 안 되고 아주
극단적인 환경에서만 존재할 수 있습니다.

여러 가지 면에서 중성자별은 거대한
원자핵과 비슷합니다.

가장 중요한 차이는 원자핵은 강력으로 묶여있지만,
중성자별은 중력으로 묶여있다는 것입니다.

이 모든 게 충분히 극단적이지 않았던 것인 양
다른 성질을 살펴보도록 합시다.

중성자별은 아주 빨리 자전하는데 젊은 중성자별은
일 초에 여러 번 자전하죠.

근처에 중성자별을 먹여 줄 다른 불쌍한 별이 있다면,
일 초에 수백 번까지 자전할 수 있습니다.

PSRJ1748-2446ad 같이 말입니다. 이 중성자별은
약 시속 2억 5,200만 km로 자전합니다.

너무 빨라 이 별은 모양이 이상하죠.

아주 강력한 라디오 신호를 내기 때문에,
우리는 이런 중성자별을 맥동성(pulsar)이라 합니다.

중성자별의 자기장은 지구 자기장의 8조 배 정도입니다.

너무 강력해서 원자가 이 자기장에 들어가면 휘게 될 정도죠.

좋아요, 이제 요점은 다 짚은 것 같습니다.

중상자별은 우주에서 가장 극단적이고,
또 가장 멋진 천체입니다.

언젠가는 우주선을 보내서 중성자별에 대해 더 알아보고,
멋진 사진을 찍을 수 있으면 좋겠네요!

그러나 너무 가까이 가면 안 됩니다!