이름만 들으면 뭔가 무시무시할 것 같은 생각이 들지 않는가? 중성자별이란 거의 대부분이 중성자만으로 구성되어진 천체를 말한다. 이것은 초신성이 폭발을 일으키며 탄생하게 된다.
원자는 물질을 구성하는 입자이다. 원자의 중심에는 양자와 중성자로 구성된 원자핵이 있으며 그 주위를 전자가 돌고 있다. 세상에는 많은 물질이 있다. 하지만 어떤 물질이든 궁극적으로는 원자이다. 어떤 물질이든 양자, 중성자, 전자가 있다는 것이다. 물론 예외도 있는데 수소분자에는 중성자가 없는 경우가 많다. 드넓은 우주에는 중성자만으로 되어있는 별도 있다. 그런 별을 중성자별이라고 한다.
여기서 이상한 생각이 드는 사람도 있을 것이다. 거의 대부분이 중성자로 되어 있는 별이라면 양자나 전자가 없다는 것인가? 그러면 중성자 별을 구성하는 원자는 어떻게 생겨먹었다는 것일까?
항성은 통상적인 물질로 구성된다. 태양도 북극성도 시리우스도 정상적인 물질로 되어있다. 그렇기 때문에 양자와 중성자, 전자로 구성된다. 하지만 중성자별은 중성자만으로 구성되며 양자와 전자가 거의 없다. 게다가 이 별은 밀도가 매우 높기 때문에 중성자가 심하게 뭉쳐져 있는 상태이다. 이것은 이를 테면 별 전체가 하나의 원자핵이 되어버린 듯 하다.
밤 하늘의 게자리도 중성자별 중 하나이다.
*중성자별의 구조
질량이 큰 항성은 최후에는 초신성이 되어 폭발한다. 이 폭발로 바깥쪽의 가스는 날아가고 중심핵만 남게된다. 이 남겨진 중심핵이 중성자별인 것이다. 이론적으로는 핵융합반응으로 타들어간 가스층이 항성의 중심부에 집중되게 되다 압력이 높아지면서 양자가 전자를 잡아먹으면서 중성자로 변하게 된다. 다시 말하면 무거운 항성의 중심부는 중성자로 채워지게 되고 만다. 전자가 없어진 만큼 항성을 중심부에서 지탱하던 힘은 감소하게 되며 항성 전체는 축소되게 된다. 전자와 중성자는 서로 접근하면 떨어지려는 성질이 있는데 이것을 축퇴압력(degeneracy pressure)이라고 한다. 전자에 의한 축퇴압력이 사라지면 항성은 갑자기 쪼그라들 수 밖에 없다. 이 때 엄청난 충격이 생겨나고 이 충격으로 별 전체가 날아가는데 이것이 초신성인 것이다.
[중성자별]
중성자별(Neutron Star)은 매우 높은 밀도를 가진 중성자로 이루어진 별입니다. 이 별들은 핵융합 반응이 멈춘 후의 별의 진화 과정에서 생성됩니다. 중성자별은 대략 태양의 8-30 배 정도의 질량을 가지며, 지름은 약 10-20km 정도로 매우 작습니다. 이러한 매우 작고 밀도가 높은 별들은 극히 강한 중력을 가지며, 태양의 질량과 비교할 때 엄청난 에너지를 방출합니다.
중성자별은 핵심 부분에서 중성자 과반전(Quantum degeneracy pressure)이 중력과 상쇄하여 존재하며, 이는 전자가 원자핵의 중성자로 합체함으로써 발생합니다. 이러한 과정으로 인해 전자의 압축이 매우 강력해지며, 중성자는 핵의 원자 번호를 변화시키지 않고 압축됩니다.
중성자별은 매우 밀도가 높고 중력이 강한 별이므로 그 주변에 있는 물질을 흡수하고 매우 강력한 중력장을 형성합니다. 이러한 특성으로 인해 중성자별은 주변에서 물질을 흡수하거나 흩뿌리며, 이러한 과정에서 방출되는 방사선은 우주에서 감지될 수 있습니다.
또한, 중성자별은 자기력도 매우 강하게 작용하여 자기장을 생성하며, 이러한 자기장은 빠른 자전에 의해 발생합니다. 이러한 강력한 자기장으로 인해 중성자별의 자성을 감지할 수 있습니다.
중성자별은 초신성 폭발의 결과로 생성되기도 합니다. 이는 대량의 별이 폭발하고 핵심이 중성자별로 수축되는 과정에서 발생하는 현상입니다. 이러한 중성자별은 우주에서 매우 희귀하지만, 천문학적인 연구와 우주 이해에 중요한 역할을 합니다.
- 중성자별의 형성: 별의 핵심에서 핵융합 반응이 멈추면 중성자 과반전이 중력과 상쇄하여 별의 핵심은 중성자로 이루어진 구조로 변합니다. 이 과정에서 중성자 스타의 외부 층은 중성자 과반전의 평형을 유지하기 위해 지속적으로 중력과의 균형을 맞추며 압축됩니다.
- 중성자별의 폭발: 중성자별은 매우 밀도가 높고 중력이 강력한 별이기 때문에 외부로부터 물질이 중성자 스타의 표면으로 떨어지면 극도로 높은 열과 압력이 발생합니다. 이러한 과정에서 중성자별은 폭발을 일으키며, 이를 초신성 폭발이라고 합니다. 이러한 폭발은 매우 강력한 중성자 별 폭발을 초래하며, 주변 우주 공간을 밝게 밝히며 방출되는 광선으로 알려져 있습니다.