우주는 끊임없이 변화하는 거대한 무대입니다. 별의 탄생부터 소멸까지, 우주는 다양한 현상으로 가득 차 있습니다. 특히, 항성의 생애 마지막 단계에서 일어나는 초신성 폭발과 그 결과로 생성되는 블랙홀은 우주 과학에서 가장 흥미로운 주제 중 하나입니다.
이 글에서는 항성의 펄서와 초신성과 블랙홀에 대해 자세히 알아보겠습니다.
펄서
펄서란 주기적으로 빛과 전파 등을 발사하는 천체를 말합니다. 펄서가 뿜어낸 빛과 전파의 주기는 무척 규칙적이어서 우주에서 가장 정확한 시계로 통합니다. 그 정체는 고속으로 자전하는 중성자별입니다.
중성자별이 펄서로 관측되는 구조
중성자별의 자기극으로 전자가 들어가고 나가면 강한 빛과 전파가 자극에서 빔 형태로 나오게 됩니다. 중성자별이 고속으로 자전하면서 빔이 마치 등대처럼 우주의 이곳저곳을 비추는데, 이게 바로 펄서입니다.
항성의 생애
항성의 생애는 그 항성의 질량에 크게 좌우됩니다. 질량이 큰 별은 수명이 짧고, 질량이 작은 별은 수명이 길다는 일반적인 규칙이 있습니다. 별이 자신의 핵에서 핵융합을 통해 에너지를 생성하면서 생명을 유지합니다. 이 과정에서 별은 수소를 헬륨으로 변환하며, 핵융합의 연료가 점점 소진됩니다.
초신성1987A
초신성1987A는 우리 은하의 옆에 있는 대마젤란 은하에서 1987년에 발생한 초신성입니다. 맨눈에도 보일 정도로 밝은 초신성의 출현은 약 400년 만이었습니다.
초신성이 내뿜는 뉴트리노가 관측
초신성 1987A가 방출한 뉴트리노를 가미오칸데가 사상 처음으로 검출했습니다. 가미오칸데 프로젝트를 이끈 고시바 마사토시 박사는 2002년에 노벨 물리학상을 받았습니다.
초신성 폭발
핵융합 연료가 거의 다 소진된 별은 그 중심부가 붕괴하기 시작하며, 이는 별의 외부 층이 강력한 폭발을 일으키는 초신성으로 이어집니다. 초신성은 우주에서 관측되는 가장 밝은 현상 중 하나로, 몇 주 혹은 몇 달 동안은 전체 은하계의 밝기와 맞먹을 수 있습니다.
초신성의 유형
초신성에는 주로 두 가지 유형이 있습니다. Ia형 초신성과 코어 붕괴 초신성입니다. Ia형 초신성은 백색 왜성이 다른 별로부터 물질을 흡수하여 일정 질량에 도달했을 때 발생하며, 코어 붕괴 초신성은 질량이 큰 별이 자신의 핵융합 연료를 모두 소모하고 중심부가 붕괴될 때 발생합니다.
블랙홀의 생성
초신성 폭발 후, 별의 중심부는 더 이상 핵융합을 유지할 수 없게 되고, 중력에 의해 계속해서 붕괴됩니다. 이 붕괴 과정에서 별의 질량에 따라 다른 천체가 형성될 수 있습니다. 질량이 태양의 약 1.4배 이상인 별의 경우, 중심부가 블랙홀로 붕괴될 수 있습니다.
사상의 지평선
태양보다 훨씬 무거운별이 초신성 폭발을 일으키면 별의 중심부가 무한하게 망가지고 마지막에는 블랙홀이 됩니다. 블랙홀의 ‘표현’을 사상의 지평선이라고 합니다.
블랙홀의 구조
사상의 지평선 안으로 들어가면 이 세상에서 제일 빠른 빛조차도 강한 중력에 이끌려 밖으로 나오지 못합니다. 빛이 나오지 못해 내부가 보이지 않으니까, 지평선 너머가 보이지 않는 것에 비유해서 사상의 지평이라고 불립니다. 사상의 지평선 안으로 들어간 것은 크기가 0이 될 때까지 압축되어 특이점을 채웁니다.
태양을 블랙홀로 만들려면?
질량을 그대로 유지한 채 태양을 반지름 3Km로 압축하면 블랙홀이 됩니다.
백조자리 X-1
백조자리 X-1은 블랙홀의 유력 후보로 꼽히는 천체입니다. 지구에서 약 6000광년 떨어진 거리에 있으며, 강한 X선을 내뿜습니다.
백조자리 X-1의 상상도
블랙홀 주위에 있는 강착원반 안에서 가스가 마찰에 의해 수백만 도의 고온이 되면서 X선을 방출하는 모습일거라 생각됩니다.
항성의 초신성과 블랙홀은 우주의 가장 극적이고 신비로운 현상 중 일부입니다. 이러한 현상을 연구함으로써, 우리는 우주의 기본 법칙과 구조에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. 우주 과학의 발전은 이러한 놀라운 현상들 뒤에 숨겨진 비밀을 계속해서 밝혀낼 것입니다.
다음에도 재미있는 과학이야기로 찾아오겠습니다.