1. 중성자별이란
중성자성은 별의 중심부가 거의 중성자 물질로 이루어진 초고도 밀도의 천체이며, 현재까지 우주에 존재하는 물질 중에서 가장 밀집도가 높은 천체이다.
중성자는 원자를 구성하는 입자의 일종이며, 양성자와 함께 원자핵을 이루고 있는 핵자 중 하나이며, 전기 현상을 일으키는 물질의 물리적 성질인 전하를 띠지 않습니다.
중성자 별의 밀도는 매우 높지만 크기는 상상보다 작은 별입니다.
중성자 별의 질량은 태양과 비슷하거나 두 배 정도 무겁고 별 반경이 불과 수십km 정도입니다.
중성자 별과 같은 밀도를 가진 남자의 엄지 크기의 질량은 약 3조톤 정도이지만, 이것은 0.7제곱킬로미터의 지구의 암석에 해당하는 중량이다.
중성자별은 원자핵끼리가 접촉할 정도로 밀도가 높고, 티스푼 정도에 무게가 무려 1조톤입니다.
1m 높이에서 중성자 별을 떨어뜨리면 약 초속 2,000km의 속도를 갖게 됩니다.
2. 중성자별 발생 과정
태양보다 질량 3배 이상의 별이 매우 큰 에너지를 방출하면서 순간적으로 폭발할 때 이것을 초신성 폭발이라고 하며, 이 초신성 폭발에 의해 중성자 별이 만들어집니다.
항성의 진화 과정에 마지막 단계에 도달한 상태에서도 더 이상 핵융합을 할 수 없게 되는 상황이 되면, 별의 핵의 심은 계속 수축합니다.
핵심은 중심의 외측 핵융합물질의 중력을 충분히 여유가 없게 되고, 이 과정에서 양성자와 전자가 결합하여 밀도가 매우 높아진다.
외부 핵융합 물질은 더 이상 핵 심을 수축시킬 수 없으며, 중성자로 구성된 별 핵 심은 강한 중력과 극대화 밀도로 인해 방해받지 않고 중성자 별이 형성됩니다.
별의 중심 핵이 중성자 별 대신 블랙홀이 될 수 있지만, 핵의 중심 밖에서 계속 진행된 핵융합물질이 핵의 중심부에 모여 오랫동안 질량이 계속 증가하고 있습니다.
결국 백색 왜성이 가질 수 있는 최대 질량인 ‘챈드라세카 한계(백색 왜성이 가질 수 있는 최대 질량)’인 태양 질량의 1.4배를 넘는 현상이 일어납니다.
이때 중심핵의 질량이 태양보다 2배 이상이 되면 중심핵은 중성자별 대신 블랙홀이 될 것이다.
그리고 중성자별 대신 백색 왜성으로 남는 경우가 있지만 오랜 세월에 걸쳐 진행된 다양한 관계의 물리적 과정을 통해 회전속도를 증가시켜 안정된 중력으로 핵심을 유지할 수 있는 백색 왜성 됩니다.
3. 중성자별 특징
질량이 큰 백색 왜성에는 중심의 백색 왜성 형태의 힘이 존재하며, 핵의 중심 외부의 영향으로는 여전히 핵융합이 계속 진행된다.
중성자별 온도는 생성 초기에는 매우 높았으나, 중성자 수가 양성자와 전자로 분리될 때 발생하는 작은 입자, 즉 중성자가 별의 에너지를 가지고 방출된 후 수백만년에 걸쳐 온도가 서서히 떨어집니다.
일반적으로 중성자성은 성운이나 초신성 중심에서 쌍성, 삼중성계에서 관측되거나 별이 하나의 싱글별로 관측되는 경우도 있습니다.
강력한 자장이 존재하는 것이 중성자별의 가장 두드러진 특징이며, 이 자장으로부터 규칙적인 전파를 방출하는 천체를 펄사라고 하며, 이 펄사는 급속하게 회전하는 중성자별임이 확인됩니다 . 1967년에 펄사가 관측되어 그 때 중성자별 존재가 암시되었다.
펄사는 맥동 전파원이라고 불리며, 강력한 자기장을 띤 전자파의 광선을 불는 천체, 즉 주기적으로 빠른 전파나 방사선을 방출하여 자전하는 중성자별입니다.
중성자성은 지금까지 우리 은하와 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하에서 약 2000개 정도가 발견되었습니다.
중성자 별은 주로 우리 은하의 중심에 집중적으로 분포한다.
그리고 지구에 가까운 중성자별로는 남왕관좌 방향으로 약 500광년 떨어진 반경이 불과 19~41km 정도이면서 질량은 태양의 0.9배 정도가 되는 RX J185635-3754와 고래자리 방향으로 424광년 떨어져 1억6천6백만년의 PSR J018-1431이 있습니다.
4. 중성자별을 구성하는 물질 및 종류
중성자 별의 외곽은 철, 수소, 헬륨 등으로 구성되어 있으며, 별의 내부는 높은 압력에 의해 중성자 누설 현상이 발생합니다.
핵의 중심에 깊게 들어갈수록 거의 중성자만으로 이루어진 심이 나타나, 이 심은 매우 높은 밀도를 가지고 있습니다.
그러나 그 힘은 이론적으로 초유체 중성자, 쿼크 물질, 파이온과 케이온으로 구성되어 있다고 추측하고 있습니다.
중성자별 쌍별은 중성자별, 일반 항성 또는 백색 왜성 중 하나이며, 현재까지 알려진 중성자별의 약 5%는 쌍성계의 일원인 항성입니다.
중성자별 쌍성계는 중력파를 방출하면서 에너지가 감소하면 서로 거리가 가까워지고, 공전주기의 감소에 의해 결국 하나의 항성에 맞추어 블랙홀을 형성할 것으로 예상된다.
중성자별의 종류는, 회전주기나 자장 등의 관측 특성이나 방사 에너지의 원에 따라 생중성자별, 약전파 중성자별, 강전파 중성자별로 나눌 수 있습니다.
강전파 중성자 별은 외부 토르가 펄사와 쌍성 펄사로 나뉘어져 외부 토르가 펄사에는 X선, 감마선대에서 강한 복사를 하는 회전 펄사와 강력한 자장을 가지는 중성자성 타입의 마그네타, 별의 생성 때의 열에너지가 방사선의 주에너지 원인 고립된 중성자별, 그리고 고질량 X선 펄사와 저질량 X선 펄사로 나누어지는 부착 에너지 펄사로 나눌 수 있습니다.