중성자별

천문학, 물리학 관련

• 관련문서: 항성

개요

주의! 이 문서의 대상은 너무나도 무겁습니다! 너무나도 무거워서 어깨에 메고 다니면 어깨가 다 나가버릴 정돕니다! 아아아아아아앍! 오마이숄더!

중성자별은 태양보다 질량이 10배 이상 큰 별이 수명을 다했을때 초신성 폭발을 일으켜 구성물질 대부분을 우주로 날려버린 뒤, 밀도가 극히 높은 중심 핵 부분이 남은 잔해다. 항성이 주계열성 단계에서 이탈한 뒤 진화 단계를 끝까지 밟아 최후로 남기는 백색왜성과 중성자별, 블랙홀 등을 묶어서 밀집성이라 한다. 천문학적으로 물질이 뭉쳐있기 때문에 밀집성들은 대부분 극단적인 성질을 띈다.

스테판-볼프만 법칙으로 추정한 평균 지름은 8~12km에 불과하며 크기가 큰 중성자별도 32km를 넘지 못한다. 그럼에도 질량이 태양질량의 최소 1.44배에서 최대 2.17배(회전하지 않은 중성자별의 질량 상한선, 몇몇 중성자별은 태양질량의 2.74배에 이르기도 한다)에 달하기 때문에 내부 밀도가 천문학적으로 높다. 막대한 질량이 조그만 크기로 뭉쳐있기에 중력이 블랙홀을 제외한 천체들 중에선 가장 강력해서 빛이 휘는 중력 렌즈 현상이 관측되며, 탈출속도는 광속의 절반인 초당 약 15만km다.

여기에 엄청난 자전속도를 자랑한다. 항성은 거대 분자 구름에서 특정한 중심으로 물질들이 회전하며 흘러들어서 탄생하기 때문에 각운동량이 존재하는데 항성이 수명을 다해도 각운동량 보존의 법칙에 따라 원래의 자전속도는 보존되면서, 중성자별이 되면 질량이 줄어들기 때문에 더 빨라진다. 대다수의 중성자별은 1초에 한 번 이상 자전하며, 2007년에 발견된 중성자별은 1초에 무려 716회 자전한다. 자체 중력이 엄청나게 강하기 때문에 표면에 가해지는 엄청난 원심력을 이길 수 있기에 형체를 유지할 수 있는 것이지 일반적인 천체가 이런 막나가는 속도로 자전하면 원심력을 못 이기고 산산조각이 나버린다.

물리I 수업을 제대로 들었다면 중성자가 상~당히 불완전한 입자임을 알 것이다. 불완전한 중성자는 약력에 의해 양성자로 변하고 전자와 전자 반중성미자를 뱉는다.

그런데 중성자별은 이름처럼 이 불완전한 중성자로 구성되어있는데, 중력의 힘이 너무나 강하기 때문에 약력을 이기고 전자기력마저도 이긴 후 강력까진 이기지 못한 상태이기 때문이다. 주계열성 단계에서 이탈한 항성이 진화 과정을 끝까지 밟아서 남긴 중심 핵의 질량이 태양 질량의 1.44배를 못 넘기면 스스로 붕괴하려고 하는 중력을 전자기력이 이겨서 백색왜성이 되지만, 초신성 폭발 후 남은 중심 핵의 질량이 톨먼-오펜하이머-볼코프 질량(태양 질량의 약 3배로 추정)을 넘지 못하면 스스로 붕괴되려는 중력을 중성자 축퇴압으로 버텨서 중성자별로 종결된다.

그냥 별 자체가 거대한 원자핵 덩어리라고 생각하면 된다. 여기다 돌맹이 떨어뜨리면 마이크로초 단위로 급속도로 추락하며 핵폭발한다. ← 한번 해보고 싶다. 근데 좆나 멀다..

지각도 존나 단단하다. 강철의 100억배나 된다. 중원소 함량이 태양의 3배를 넘는 항성은 주계열 영년 때의 질량과 상관없이 무조건 중성자별을 남기게 되므로 먼 훗날 중원소가 더 많아진 우주에서는 훨씬 더 흔해진다.

밑의 펄서같은 애들정도를 제외하고는, 방출하는 에너지의 형태가 대부분이 X선이라 관측이 존나 힘들다. 블랙홀을 제외한 천체들 중에선 중력이 가장 강력하기 때문에 빛이 휘는 중력 렌즈 현상을 관찰할 수 있다.

설명

블랙홀의 탄생원리에서 봤듯이 항성은 그 자체가 질량이 무지막지하게 크기 때문에 내부의 중심핵은 언제나 무지막한 압력으로 쥐어짜이고 있다. (계속 내부의 한 점으로 모이려는 중력 붕괴가 발생한다)

그런 중력 붕괴 때문에 중심핵에서는 관성 가둠 방식과 양자 터널링에 의해 수소 핵융합이 발생하고, 발산되는 에너지로 복사압을 형성하여 중력 붕괴에 대항할 힘을 얻는다. 별이 주계열성 단계를 유지할 때는 이 복사에너지와 중력 붕괴가 균형을 이루기 때문에 안정 상태를 유지한다. 주계열 영년 당시의 질량이 태양 질량의 12배를 넘는 무거운 항성은 이 핵융합을 규소까지 진행하는데 여기서 문제가 생긴다. 규소 핵융합의 최종 산물은 철-56이 되는데 철은 존재하는 원소 중 가장 결합 에너지가 크기 때문에 핵융합과 핵분열 모두 에너지를 퍼먹는 흡열 반응을 하기 때문에 중심 핵에는 핵융합의 최종 산물인 철이 쌓이고 무지막지한 중력이 중심 핵을 쥐어짜기 시작한다.

스스로 붕괴하려는 중력에 대항하는 첫 번째가 전자 축퇴압으로 파울리의 배타원리(페르미온은 같은 궤도 상에 존재할 수 없다)에 의해 버틴다. 남은 중심 핵의 질량이 태양 질량의 1.44배에 해당하는 찬드라세카르 한계를 못 넘기면 전자 축퇴압으로 중력붕괴가 저지되고 그 항성은 백색 왜성으로 최후를 맞이한다.

하지만 중심 핵의 질량이 찬드라세카르 한계를 넘어섰다면 전자 축퇴압으로는 중력 붕괴를 저지하지 못해 중심 핵은 쭈그러드는데, 이 때 작용하는 막대한 중력으로 인해 양성자와 전자가 결합해 중성자로 변하면서(역 베타 붕괴) 중심핵의 부피가 갑자기 줄어들면서 핵은 안정되지만 핵 외부의 물질들은 멈추지 않고 광속의 25% 속도로 갑자기 부피가 줄어든 중심 핵에 쏟아져 충돌하면서 내파(implosion)현상이 발생하여 철을 넘어서는 중원소들이 마구 합성되고 새로 핵합성된 원소들 중 불안정한 원소들이 핵분열을 일으켜 에너지를 추가로 생성한다. 그리고 이 때 항성 전체를 찢어버리는 충격파가 발생하여 초신성 폭발 현상이 발생하고 밀도가 극히 높은 중심 핵만이 중성자별로 남고 나머지 구성물질은 우주로 다시 돌아간다.

내부 구조

내부 구조는 정확하게 볼순없고 전부 추측이다.

지각, 껍질, 외핵, 내핵으로 이루어져있으며 지각은 거의 완전 평탄한 표면이며 엄청난 중력으로 인해 원자핵이 전자와 만나기 직전의 상태이며

내부로 들어갈수록 중성자가 많아지는 구조이다. 이 때 핵 파스타가 생긴다고 한다. 핵 파스타는 존나게 단단하다고 한다.

내핵은 현대 시대에서도 밝혀지지않았으며 그냥 단순히 블랙홀이랑 다름이 없기에 중성자도 전부 찌그러져있지않을까? 라고 추측만 하고있다.

기묘체가 있다는 썰이 있다.

종류

펄서

중성자별 중에서 펄스상 전파를 발생시키는 천체를 칭한다. 광학 망원경으로는 관측하기 어렵고 전파 망원경으로 관측할 수 있다. 현재까지 발견된 펄서는 200개 정도이며 모두 은하 중심부에 존재하기에 거리가 매우 멀다.

주기는 대략 0.002~4초 정도 된다.

에너지의 종류에 따라 자전 에너지 펄서, 강착 에너지 펄서, 마그네타 3종류로 구분된다. 2016년에 발견된 전갈자리 AR은 최초의 백색왜성 펄서다.

처음 발견 당시 외계인의 신호인줄 알았다.

<youtube width="480" height="240">gb0P6x_xDEU</youtube>
주소

펄서의 소리. 잘만 하면 이걸 이용해 음악을 만들 수도 있을 듯...?

마그네타

중성자별 중에서도 유달리 강력한 자기장을 가지는 중성자별을 칭한다.

중원소 함유량이 태양과 유사할 경우, 태양 질량의 28배를 넘는 항성이 중성자별 또는 블랙홀이 될 수 있다. 하지만 중원소 함유량이 훨씬 더 높다면 초신성 폭발 후 잔해로 블랙홀이 아닌 중성자별을 남기게 된다. 일반적으로 태양 질량의 30배를 넘고, 중원소 함유량이 태양의 1.2배를 초과하는 항성이 진화 단계를 끝까지 밟으면 마그네타가 된다. 중원소 함유량이 태양의 3배를 넘기면 질량의 크기와 상관없이 전부 중성자별이 되므로 중원소가 흔해지는 머나먼 훗날의 우주에선 마그네타가 더 빈번하게 생성될 것이다.

그리고 중성자별 주제에 지진이 일어난다. 마그네타라는 이름대로 우주에서 가장 강력한 자기장을 가지고 있는데 10기가 테슬라이다. 태양계의 암석형 행성 중 지구가 유독 강한 자기장을 가지고 있다지만 겨우 25~65 마이크로 테슬라에 불과한데 150~400조 배에 달하는 엄청난 위력이며, 물은 반자기성이 있기 때문에 1000km 떨어진 인간을 자기장으로 분해할 수 있을 정도의 강도다.

하지만 이런 엄청난 자기장을 유지할 수 있는 건 겨우 1만년에 불과하며, 그 시간이 지나면 활동을 멈추고 평범한 중성자별이 된다. 우리 은하에 존재하는 중성자별은 약 3억개로 추산하며, 그 중 수천만개가 이 마그네타이다. 주로 중원소가 많이 존재하는 은하 중심부에서 관측된다.

쿼크 별

겉모습은 일반 중성자별이랑 똑같다. 그러나 핵에는 이질적인 쿼크 물질들이 가득 차있다.

기묘한 별

기묘체로 대체된 중성자별을 말한다.

최후

주의! 이 문서는 암흑에 잠식되었습니다. 어둠이 빛을 집어삼켜 버렸습니다. 아무것도 보이지 않습니다. 이제 더 이상 미래 따위는 없습니다....

공통점이라면 블랙홀이 된다는 거다. 이렇게 해도 블랙홀 저렇게 해도 블랙홀.

• 중성자별이 주위의 물질을 과식하면 그걸 견디다 못해 중력붕괴를 일으켜 블랙홀이 된다.

• 중성자별끼리 섹스를 하면 블랙홀이 된다. 2017년에 중성자별 둘이 섹스를 한 것을 관측하였다. 중력파와 전자기파를 이용해 관측함. 이를 통해 금이나 금 이상의 무거운 원소는 이 섹스현상 덕에 탄생한다고 한다.
  이 섹스를 킬로노바라고 한다....ㅅㅂㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

• 블랙홀에 빨려 들어가면 뒈짖한다.

에너지원

주의. 이 아래는 스포일러입니다.

줄거리나 반전요소 같은 게 나올 수 있습니다.
국내 개봉일 기준 한달 이내에 영화 문서에 스포일러틀 없이 스포일러를 작성하는 이용자는 반달로 규정해 무기한 차단됩니다. 또한, 한달 이후에도 틀 없이 스포일러를 지속적으로 작성하는 이용자 역시 반달로 규정해 차단됩니다.











틀 내용을 충분히 숙지하시고 스크롤을 내리셨습니까?

미래에는 에너지원이 될지도..?

인워 본 새끼들은 안다. 이걸로 짱르 무기 만듦. 자세한 내용은 니다벨리르로..

여담

대부분의 항성분류에 '星(별 성)'자가 쓰이는 데 반해, 특이하게 '별'이라는 순우리말이 사용된다. 사실 중성자별이라고 말하는게 입에 챡챡 감겨서 그런것 같지만...

뮤즈의 노래

Neutron Star Collision

직역하면 중성자별 충돌이란 뜻이며 가사에 위의 설명과 비슷한 내용도 있다.