재미있는 과학이야기 - 펄사의 비밀, 초신성 폭발

재미있는 과학이야기 - 펄사의 비밀, 초신성 폭발

태양의 2,3배 질량에 못 미치는 별들은 태양과 운명이 비슷하다. 그 별들은 필연적으로 백색 왜성이 될 것이며, 점차로 빛이 약해진다. 

이러한 방식으로 태양과 동일한 경로를 거치게 된다. (그 속도는 각기 다른데 그것은 항성의 질량에 달려 있다. ) 

그러나 무거운 별들은 좀더 극적인 형태의 진화를 거치게 된다. 그별들은 강력한 초신성 폭발로 종말을 맞는데, 이때에는 비록 잠시 동안이지만 은하 내에 같이 있는 별들보다도 밝은 빛을 낸다. 

1987년 세계는 기대하지 않았던 항성의 불꽃 놀이를 목격하였다. 초신성성 폭발이 그것이다. 그 섬광을 

처음 목격한 사람은 칠레의 라스 캄파나스 천문대의 기술자인 듀할드였다. 

2월 24일 이른 아침에 커피를 마시면서 그는 거미 성운 이라 부릴는 기체 덩어리 근처의 하늘의 한 영역이 여느 때와는 달리 매우 빛나고 있음을 알아차렸다. 

그러나 그는 몇 시간 후 동료인 캐나다의 천문학자 셀톤을 만나기 전까지는 이 사실을 대수롭지 않게 생각하였다. 

캐나다 토론토 대학이 파견한 라스 캄파나스 천문대의 상주 관측자라는 영구 직업을 갖기 위하여 대학원을 중도에 그만둔 셸톤은 그날 아침 평상시와 마찬가지고 대마젤란 성운을 관측하고 있었다. 

관측을 위해 그는 사진 건판을 시야가 넓은 망원경으로 모은 빛에 노출시키는 천체 사진 작업을 하고 있었다. 나중에 그 건판을 현상할 때, 그는 그 자리에 있어서는 안될 커다랗고 밝은 빛의 점을 발견하였다. 

셸톤은 놀랐다. 그는 장비에 하자가 있거나 또는 뭔가 새로운 것이 거기에 나타났기 때문이라고 생각했다. 그는 바깥으로 걸어나가서 신 새벽의 하늘을 바라보았다. 

대마젤란 성운이 포함된 하늘의 일부 영역의 가운데 부분에 갑자기 나타난 밝은 점은 그전까지 아무도 보지 못했던 새로운 별이라는 것이 거의 확실하였다. 

셸톤은 자신이 중요한 발견을 했다는 것을 확신하면서 듀할드와 그의 동료들이 일하고 있었던 곳으로 걸어갔다. 셸톤과 듀할드는 그들의 경험을 같이 이야기 하였고, 그들이 초신성-10만 광년 떨어져서 터지는 별-을 목격했다는 것으로 결론을 내렸다. 

듀할드와 그의 동료들은 천문학의 발견을 종합하는 곳인 매사추세츠에 있는 중앙천문전보국으로  재빨리 전보를 보냈다. 

칠레에 있는 그룹이 그들의 관측을 기록했고 잠시 후, 뉴질랜드의 아마추어 천문가인 존스가 독립적으로 그의 독자적인 초신성 목격을 보고해 왔다. 

이러한 이유로 1987년의 초신성은 때로는 셸톤-듀할드-존스 초신성이라고 불린다. 좀더 일반적인 명칭으로는 초신성 1987A로 알려져 있다. 

초신성 폭발은 초거성이라고 불리는 매우 거대한 별의 일생에서 마지막 단계 중의 하나로서 발생한다. (우리가 여기서 말하는 초신성은 일종의 친숙한 초신성 그룹인 2형 초신성이다.) 

몇 가지 면에서 이 거대한 별들은 일반적인 거성을 닮았다. 둘 다  모두 차가운 기체의 외각 부분을 가지고 있고, 뜨겁고 압축된 핵을 가지고 있다. 거성의 중심부  온도는 단지 몇 개의 무거운 원소들을 합성할 수 있는 핵융합 반응을 점화할 수 있을 정도밖에 되지 않는다. 

따라서 핵융합 반응 과정은 멈추게 되고 필연적으로 백색 왜성이 남게 된다. 그와는 달리 초거성의 핵은 밀도가 훨씬 높으며 따라서 온도도 높다. 

그 별들은 가벼운 원소들끼리 융합하여 여러 가지 종류의 무거운 원소를 만들어 내는 큰 솥과 같으며 점진적으로 좀더 복잡한 물질을 만들어낸다. (탄소에서부터  마그네슘,그리고 규소,황 마침내는 철에 이

르기까지.) 

일단 철이 그 별들의 핵에서 생성되면 그 초거성은 진화 선상의 끝에 다다른다. 철은 그들끼리 서로 융합하여 좀더 무거운 원소를 만들지 못한다. 따라서 좀더 거대한 핵융합 반응의 가능성이 없는 상태에서 그핵이 에너지를 좀더 얻을 수 있는 방법은 스스로 수축하는 것뿐이다. 

따라서 이 별들은 약 10만분의 1초 동안에 급격히 수축하게 되며 그 별들의 핵은 지름이 100km 정도 되는 구형으로 축소되어 버린다. 

이러한 급격한 수축은 별의 나머지 부분을 우주 공간상의 수백만 마일까지 날려 버리기에 충분할 만큼의 믿을 수 없을 정도의 강력한 에너지를 방출한다. 

이러한 충격파에서 밀려나온 기체들은 때때로 초신성 잔해라고 알려진 여러 가지 색깔의 희미한 형태로 자리잡는다. 게 성운이 이러한 잔해의 대표적인 예이다. 

초신성 폭발이 갑작스럽게 일어난다는 것은 의심할 여지가 없다. 눈 깜짝할 사이에 우주에서 가장 큰 항성들 중의 하나인 초거성이 완전히 분해되어 버린다. 

원래 항성의 질량 중에서 단지 압축된 핵만이 남게 된다. 이것이 그 별들이 순수한 중성자로만 이루어졌기 때문에 붙여졌다. (중성자는 양성자와 전자가 서로  압축되어 만들어진다.) 

천문학자들이 중성자별을 확인하는 전형적인 방법은 전파의 형태로 방출되는 강한 복사를  관측하는 것이다. 

그런 천체를 처음 본 것은 1967년 벨과 휴이시가 그들이 관측하고 있던 별자리에 있는 전파원으로부터의 전파 신호에서 규칙적인 변동이 있음을  알아차렸을 때이다. 

그들은 처음에는 이런 주기적인 신호가 외게 문명이 보내는 메시지일지도 모른다고 생각하였다. 그들은 멀리 있는 외계 행성의 진보된 문명 사회가 지구로 인사를 보낼 수 있을지도 모른다고 생각하였다.