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태양의 8배에서 30배 정도의 질량을 가진 별이 핵융합의 최종단계에 도달하면 '초신성'이라고 불리우는 대폭발이 일어난다. 이 폭발로 대부분의 물질은 우주에 날아 흩어져 버리지만, 중심부의 물질은 폭축(爆縮)에 의해 굉장히 높은 밀도의 별, '중성자성'(中性子星)이 된다.
중성자성은 1㎤당 2억톤이라는 무거운 별로, 반지름 70만㎞의 태양을 불과 10㎞정도의 크기로 압축한 것과 같다. 이것은 원자핵중에서 양자가 전자에 함몰되어 중성자가 되는 반응이 일어나 별전체가 중성자로 되어 있는 별이다. 이 중성자성의 존재는 양자역학이 탄생한 금세기 초에 이미 예언된 바 있다. 1967년, 영국의 천문학자 휴이시 등이 전파망원경으로, 대단히 규칙바른 약1초의 반복 펄스상(狀)의 전파를 관측, 그것이 중성자성에서 오는 것이라는 것을 알고 중성자성의 존재를 확인했다.
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이렇게 규칙바른 펄스를 내는 별을 펄사라고 불리는데, 그후 빛이나 X선으로도 확인되었다. 그러면 어째서 이런 펄스가 지구로 보내지는 것일까.
실은 중성자성은 강력한 자장을 갖고 고속도로 회전하고 있다는 것을 알게 되었다. 중성자성 표면의 전자가 별의 남북 양극의 강력한 자장에 충돌하면 고속으로 가속화된 전파를 방사하게 된다. 이 전파의 빔은 중성자성의 회전과 함께 등대빛처럼 우주를 가로지른다. 그 때문에 규칙바른 펄스가 관측될 수 있는 것이다.
또 중성자성의 질량에도 한계가 있어서 태양 질량의 약 3배 정도까지밖에 안정되게 존재할 수 없다. 이보다 무거운 것은 자신의 중력으로 제한없이 수축해서 블랙 홀이 되어 버린다.
외로운 중성자성
별이 블랙홀로 응축하지 않고 견딜 수 있는 최고의 질량은 얼마나 될까? 이 한계는 공간에 외롭게 떠있는 중성자를 연구하므로써 가늠해 볼 수 있다. 지난 수요일 에 허블 망원경으로 관측해서 공개한 화살표 끝에 위치한 고립된 별의 자료와 x 선을 이용한 ROSAT 관측위성이 관측한 종전의 자료 그리고 자외선을 이용한 EUVE 의 자료를 종합했다. 그리고 천문학자들은 또한 이 별의 밝기, 온도, 그리고 거리와 같은 자료을 이용하여 이 별의 크기를 계산해 냈다. 이 별이 보통 크기의 중성자성이라면 중성자성의 구조에 관한 종전의 이론에 의해서 이미 블랙홀을 형성하는 대폭발을 했어야 한다. 따라서 이 중성자성은 극한 조건 너머에서도 중성자성이 존재할 수 있다는 것을 나타낸다.
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