이석원 기자
질량이 큰 별이 직경 20km 정도까지 압축된 중성자별은 수많은 천체 중에서도 이해할 수 없는 대상이기도 하다. 크기가 작지만 질량은 태양보다 조금 큰 천체인 것. 그런데 이번에 관측된 중성자별인 MSP J0740+6620은 적어도 태양의 2배 이상 질량을 갖췄다고 한다.
미국 버지니아대학 연구팀은 더 큰 중성자별을 찾아내는 건 중성자별 내부 상태를 설명하는 상태 방정식 해명에 도움이 될 것이라고 밝히고 있다. 종성자별의 질량을 산출해 이 수수께끼 같은 천체가 어떻게 성립했는지에 대한 이해를 높이는데 도움이 될 수 있다는 것이다.
기존 중성자별 질량은 태양의 1.4개 가량으로 생각했지만 최근 관측으론 더 큰 게 발견되고 있다. 미국과 캐나다 공동 연구 조직인 NANOGrav는 12년 동안 수십 개에 이르는 중성자별을 발견해왔다. 이곳은 지난 2016년 LIGO가 처음 관측해 친숙해진 중력파 검출을 하고 있었지만 이 과정에서 중력파보다 조금 높은 주파수 신호를 발하는 중성자별을 발견하게 된 것이다.
그 중에서도 펄스 형태 빛을 발하는 중성자별로 MSP J0740+6620 역시 이런 대상 가운데 하나다. 연구팀은 그린뱅크 망원경을 이용해 MSP J0740+6620을 관찰하고 샤피로 시간 지연이라는 상대적인 현상을 이용해 별의 질량을 측정했다.
MSP J0740+6620은 백색왜성이라는 소형 천체와 연성계를 형성하고 있는데 두 천체는 서로 주위를 돌고 있다. 백색왜성이 펄서 앞을 통과할 때 백색왜성 중력 공간이 조금 왜곡되는데 왜곡된 공간만큼 빛이 먼 거리를 이동하기 때문에 지구에서 보면 마치 맥박이 조금 지연되는 것 같은 현상이 일어난다. 이 현상을 이용해 펄서 질량을 계산한 결과 자연천문학회지(Nature Astronomy)에 기고한 논문에 따르면 태양의 2.14배였다고 한다.
사실 이런 쌍성을 찾아 질량을 재면 지구에서 본 각도 조건이 딱 맞아야 한다. 이번에는 다행스럽게도 중성자별 질량을 계산하는데 신뢰할 만한 기술을 이용할 수 있었다고 한다. 다만 앞으로 더 큰 중성자별을 관측했더라도 다른 방법에 의한 계산으론 정확도가 떨어질 수도 있다고 지적하고 있다.
한 전문가는 이번에 발견한 것보다 질량이 더 클 경우에는 펄서 붕괴로 블랙홀이 될 가능성도 있다고 설명한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
