펄서는 무엇인가
전파를 일정한 시간 간격으로 고동치듯이 복사하고 있는 천체가 있습니다. 이 천체를 펄서라고 부르는데 지금까지 약 500개가 발견되었다. 가시광선, 엑스선, 감사 선등의 펄스를 복사하고 있는 것도 있습니다. 펄서의 정체는 강한 자기장을 가지고 회전하는 중성자별입니다. 펄서의 전파는 자기장의 북극과 남극에서 빔 상태로 복사됩니다. 그래서 등대의 서치라이트처럼 중성자마다 펄스가 관측됩니다. 대부분의 펄서는 1초당 0.3 ~10 회의 비율로 회전하고 있습니다. 1초 동안 100회 이상이나 회전하는 펄서의 수는 적지만 몇 개인가 발견되었습니다.
펄서 탄생의 개요
펄서의 대부분은 초신성 폭발로 탄생되었다고 생각됩니다. 그 이름이 말해주듯이 펄서의 정체인 중성자별은 주로 중성자로 구성된 별입니다. 그 질량은 태양과 맞먹는데 그 반지름은 태양의 약 10만 분의 1, 겨우 10km 밖에 되지 않습니다. 그래서 중성자별의 내부는 각설탕 1개의 부피가 10억 톤이나 되는 초고밀도 상태로 되어 있습니다. 중성자별 표면의 중력도 우리의 상상을 초월한 크리로서 지구 표면에서의 중력의 1000억 배나 됩니다. 중성자별 표면에서의 자기장의 세기는 10 가우스로서 지구 표면에 비해 무려 10조 배나 됩니다. 이처럼 중성자별은 그 구성물질이 극한 상태에 있는 별입니다. 중성자별 탄생의 방식은 두 가지로 생각됩니다. 질량이 태양의 약 8배 이상이나 되는 별은 그 일생의 마지막 시기에 유형 2로 불리는 초신성 폭발을 일으킵니다. 이 폭발로 별의 태반은 날아가 버리고 중심의 코어만 남는 것이 중성자별입니다. 그 대표적인 보기로서 황소자리에 있는 게 성운을 들 수 있습니다. 이것은 1054년 폭발한 초신성의 잔해인데 그 중심에는 매초 33회의 회전을 하는 펄서가 있습니다. 대개의 펄서는 이처럼 초신성 폭발로 태어났다고 생각됩니다. 중성자별의 또 하나의 탄생 방식은 '백색왜성'이 진화한 것입니다. 질량이 태양의 약 6배 이하의 별은 시간이 지남에 따라 그 바깥층이 부풀어서 떨어져 나가 결국 그 중심에 백색왜성이라는 코어만 남게 됩니다. 백색왜성의 질량은 대략 태양의 절반이고 그 반지름은 1만 km 가량입니다. 백색왜성이 연성계 안에 있으면 상대방별로부터 흘러나온 물질이 백색왜성에 내리 쌓이게 됩니다. 그 유입 물질로 점차 켜져 이윽고 질량이 태양의 1.4배를 넘게 되면 백색왜성은 지나친 중량으로 짜부라져서 결국 중성자별이 됩니다.
밀리초 펄서의 발견
1982년 여우자리에서 매초 642회나 회전하는 초고속 펄서가 발견되었습니다. 고속 회전 때문에 별의 원심력으로 별 자체가 파괴되는 일은 없는 것일까요? 중성자별의 강한 중력이 원심력을 웃돌고 있기 때문에 별은 아직 별다른 탈없이 그대로 있는 것 같습니다. 이런 종류의 초고속 펄서는 지금까지 7개가 발견되었습니다. 이 초고속 펄서는 펄스와 펄스 사이의 시간 간격이 0.001초가량이므로 '밀리초 펄서'라 불립니다. 밀리초 펄서의 또 하나의 특징은 자기장의 세가 보통 펄서보다 0.1% 이하로 매우 낮다는 것입니다. 이러한 특징 때문에 밀리초 펄서의 생성 방식은 초신성 폭발로 생기는 보통의 펄서와는 다르다고 생각되었습니다. 일단 만들어진 중성자별이 어딘가에서 가속되어 회전 스피드가 빨라진 것이 아닌가 하고 생각했던 것입니다. 가속이 이루어진 곳으로써 지적된 것이 저질량의 x선 연성입니다. 이 연선은 그 질량이 태양보다 작은 동반성과 중성자별이 한쌍이 되어 서로가 서로의 주위를 돌고 있습니다. 시간이 지나면서 부풀어 오른 동반성의 바깥층은 마침내 별에서 떨어져 나가 중성자별 주위에 가스의 원반을 형성합니다. 가스 원반 안에서는 안쪽의 가스일수록 빨리 회전하게 되므로 물질과 물질 사이에 마찰이 생깁니다. 그리고 이 마찰과 열이 발생합니다. 중성자별의 표면 가까이에서는 가스의 온도가 1000만 도씨 이상이나 되어 거기에서 엑스선이 복사됩니다. 마찰 때문에 물질은 회전하면서 원반의 바깥쪽에서 안쪽으로 이동하여 중성자별에 떨어져 들어갑니다. 마치 돌고 있는 팽이를 끈으로 솜씨 있게 때릴 때처럼 이때 낙하 물질이 중성자별의 회전을 가속시킵니다. 물질의 낙하가 오래 계속되면 중성자별은 매초 1000회전이라는 초고속이 될 수도 있습니다. 동반성으로부터 가스 공급이 중단되면 이 가속된 중성자별은 밀리초 펄서가 됩니다. 7개가 발견된 밀리초 펄서 중에서 적어도 3개가 연성계에 있는 것을 감안할 때 이 시나리오는 확실하다고 볼 수 있습니다. 밀리초 펄서를 낳게 하는 연성은 어떻게 만들어지는 것일까요? 원래 연성이었는 한쪽 별이 초신성 폭발을 일으켜 중성자별이 되는 경우를 생각할 수 있습니다. 그러나 동반성은 너무 가볍기 때문에 초신성폴발후에 뛰어나가 결국 두 별은 따로따로가 되고 맙니다. 그런데 연성의 한쪽이 백색왜성이라면 백색왜성이 상대방 별에서 날아온 물질로 차츰 무겁게 되어 결국 짜부라짐으로써 연성계 중에서 중성자별이 생길 가능성이 있습니다.