예언과 발견
1932년 제임스 채드윅이 중성자를 발견한 지 2년 만인 1934년, 월터 바데와 프리츠 츠비키는 초신성이 '보통 별이 중성자로 이루어진 별로 바뀌는 과정'이라고 대담하게 예언했어요. 1939년 오펜하이머와 볼코프는 그 최대 질량을 계산했지만 관측 증거는 30년 가까이 없었죠. 1967년 영국 케임브리지대 대학원생 조슬린 벨 버넬은 전파망원경 기록에서 1.337초마다 규칙적으로 깜박이는 신호를 발견했어요. 처음엔 장난삼아 'LGM-1(작은 녹색 인간)'이라 불렀지만, 이는 빠르게 자전하며 등대처럼 전파를 내는 중성자별, 즉 펄서였어요. 1974년 노벨 물리학상은 지도교수 앤터니 휴이시에게만 돌아가 큰 논란이 됐고, 벨 버넬은 2018년 브레이크스루상 상금 300만 달러 전액을 소수자 과학도 장학금으로 기부했어요.
극한의 천체
중성자별은 태양 질량 1.4배 정도가 지름 약 20km에 압축돼, 각설탕 한 개 부피가 수억 톤에 달해요. 표면 중력은 지구의 약 1,000억 배이고, 빠른 것은 1초에 700바퀴 넘게 돌아요. 자기장이 특히 강한 '마그네타'는 지구 자기장의 1,000조 배에 이르러요. 질량이 약 2~3배 태양 질량을 넘으면 중성자의 압력도 중력을 버티지 못해 블랙홀이 된다고 여겨져요. 1974년 러셀 헐스와 조지프 테일러가 발견한 쌍성 펄서는 궤도가 서서히 줄어드는 모습으로 중력파의 존재를 간접 증명해 1993년 노벨상을 받았어요.
| 천체 | 대략적 크기 | 특징 |
|---|---|---|
| 백색왜성 | 지구 크기 | 태양 같은 별의 최후, 전자 압력이 버팀 |
| 중성자별 | 지름 약 20km | 무거운 별의 최후, 중성자 압력이 버팀 |
| 블랙홀 | 사건의 지평선(질량에 비례) | 빛도 빠져나오지 못함 |
금은 어디서 왔을까
2017년 8월 17일 미국 라이고(LIGO)와 유럽 비르고(Virgo)는 약 1억 3천만 광년 떨어진 두 중성자별이 충돌하며 낸 중력파 GW170817을 포착했고, 1.7초 뒤 감마선 폭발이, 이어 전 세계 70여 개 망원경이 '킬로노바'의 빛을 관측했어요. 그 스펙트럼에서 금·백금 같은 무거운 원소가 대량으로 만들어진 흔적이 확인돼, 우주의 금 상당 부분이 중성자별 충돌에서 왔다는 생각이 힘을 얻었어요. 또 중력파와 빛이 거의 동시에 도착해 중력이 광속으로 전파된다는 일반상대성이론의 예측도 확인됐죠.
자주 묻는 질문
- 중성자별 한 숟가락은 얼마나 무겁나요?
- 찻숟가락 하나 분량이 약 10억 톤으로, 에베레스트산 무게에 견줄 만해요. 물론 지구로 가져오면 압력이 풀리며 폭발적으로 팽창해요.
- 태양도 나중에 중성자별이 되나요?
- 아니에요. 태양은 질량이 부족해 적색거성을 거쳐 백색왜성이 돼요. 대략 태양의 8배 이상 무거운 별이 초신성 폭발 후 중성자별이나 블랙홀을 남겨요.
출처 검토일: 2026-10-26
참고문헌
- Baade, W., & Zwicky, F. (1934). On super-novae. Proceedings of the National Academy of Sciences, 20(5), 254–259.
- Hewish, A., Bell, S. J., Pilkington, J. D. H., Scott, P. F., & Collins, R. A. (1968). Observation of a rapidly pulsating radio source. Nature, 217, 709–713.
- Abbott, B. P., et al. (LIGO & Virgo) (2017). GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral. Physical Review Letters, 119, 161101.