이상한 물질이 만든 ‘이상한 별’의 정체 > 행 성

중성자별은 우주에서 가장 밀도가 높은 물체이다. 중성자별 물질 한 숟가락의 분량이 달보다도 더 무겁다. 크기가 기껏 해봐야 지구의 도시 하나 크기 정도인 이 놀라운 별의 내부에서 희한한 상황이 진행되고 있는 것이다.

연구자들은 중성자별의 물질이 극도로 압착된 나머지 '이상한 물질'로 변했으며, 전체적으로 '이상한 별'이 된 이 천체를 잘 관측하면 우주의 비밀을 풀 수 있을지도 모른다고 생각한다.

이 같은 최신 이론은 브라질 국립우주연구소 소속인 페드로 모라에스 박사와 오스왈도 미란다 박사가 내놓은 것이다. 그들은 어떤 유형의 중성자별은 새로운 형태의 '이상한 물질'로 이루어진 것으로 보인다고 주장한다.

중성자별이란 태양 질량의 1.3~2.5배에 이르는 무거운 별이 생애의 마지막에 이르러 중력붕괴를 일으킴으로써, 별의 물질을 이루던 중성자와 양성자가 극도로 압착되어 만들어지는 고밀도의 천체이다. 우주에서 가장 놀라운 물체의 하나인 중성자별은 보통 지름 20㎞의 도시만한 크기로 뭉쳐지는데, 각설탕 하나만한 분량의 무게가 10억t에 달한다. 대략 에베레스트 산의 중량과 비슷한 수치이다.

이 '물질'의 특성은 아직 알 수 없으나, 몇 가지 유형의 아원자 입자 '액체'일 가능성이 높다고 생각한다. 모라에스 박사는 데일리메일 온라인판과 한 인터뷰에서 “별이나 은하, 행성, 심지어 우리 몸도 바리온(중입자) 물질로 이루어진 존재”라고 설명했다.

그는 “양성자나 중성자 같은 게 바리온 입자인데, 이들은 쿼크라고 불리는 보다 기본적인 소립자로 이루어져 있다”라면서 “쿼크는 또 여섯 가지 종류가 있다. 각각 위쿼크 ·아래쿼크·야릇한쿼크·맵시쿼크·바닥쿼크 ·꼭대기쿼크로 불린다”고 덧붙였다.

또 “이들 쿼크가 어떻게 결합하느냐에 따라 다른 바리온들이 만들어진다. 예컨대 위쿼그 2개와 아래쿼크 1개가 합치면 양성자가 만들어지고, 아래쿼크 2개와 위쿼크 1개가 결합하면 중성자가 된다”고 말했다.

어쨌든 중성자별 안에는 삼라만상을 만드는 바리온 입자인 중성자와 양성자들이 극도로 압착된 나머지 새로운 유형의 '이상한 물질'을 만들어냈다고 모라에스 박사는 설명한다. 그것은 어쩌면 일반 물질처럼 보일 수도 있고, 암흑물질과는 다른 어떤 것일 수도 있지만, 이것은 앞으로 물리학이 풀어야 할 숙제이다.

중성자별에서 '이상한 물질'이 만들어지는 것은 극도로 높은 물질밀도에서 희귀하게도 위쿼크와 아래쿼크, 야릇한쿼크 세 종류가 결합되어 만들어지는 것으로 연구자들은 생각하고 있다.

모라에스 박사는 “만약 중성자별이 충분히 무겁고 회전속도가 엄청나다면 별 전체가 '이상한 물질'로 변할 수가 있다”고 설명한다. 이렇게 해서 만들어지는 별은 일반 중성자별보다 훨씬 작고 가벼운데, 일례로 태양 질량의 0.2배인 중성자별은 반지름이 15㎞ 남짓인 데 비해, '이상한 별'은 그 3분의 1밖에 안된다는 게 연구자들의 결론이다.

이러한 가설이 사실로 입증된다면 우리 우주에는 우리가 아직까지 모르고 있는 유형의 물질들이 더 많이 존재하고 있다는 증거가 된다.

지구상에서 독립된 쿼크를 관측할 수 없는 것과 마찬가지로 '이상한 물질'을 발견할 수 있는 방법이 없다고 말하는 모아레스 박사는 “유일한 방법은 중성자별에서 그 존재를 확인하는 길뿐”이라고 설명한다. 그런데 흥미롭게도 '이상한 별'의 존재가 입증된다면 천문학의 '성배' 중 하나인 중력파를 탐지하는 실마리를 잡을지도 모른다는 사실이다.

중력파는 엄청난 질량을 가진 천체들이 상호작용할 때 시공간의 왜곡을 불러오는데, 이러한 현상이 광속으로 파도처럼 전달되는 것을 말한다. 그러나 아직까지 이론적으로만 존재할 뿐 실제로 직접 탐지된 적은 한 번도 없다.

만약 '이상한 별'의 존재가 확인된다면 그와 짝별인 중성자별과의 상호작용으로 중력파를 발생시킬 수 있으며, 우리를 이를 탐지할 수 있을지도 모른다고 모아레스 박사는 기대감을 나타냈다.

어쨌든 이 우주에는 인간의 지각력을 훨씬 넘어서는 물질과 현상들이 얼마든지 존재한다는 사실을 이번 '이상한 물질' 연구 결과가 일깨워주고 있다.

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