중성자별의 일종으로 생각되는 '4U 1820-30'은 1초에 716일이 흘러갈 만큼 자전이 빠르다는 연구 결과가 나왔다. '4U 1820-30'은 지구에서 약 2만7000광년 떨어진 구상성단 'NGC 6624' 안에 자리한다.
덴마크공과대학교(DTU)는 국제우주정거장(ISS)에 탑재된 X선 망원경 'NICER'가 관측한 중성자별 '4U 1820-30'의 자료 분석 과정에서 1초에 716회 자전하는 사실을 알아냈다고 최근 발표했다.
조사 관계자는 "우주에는 다양한 천체가 있는데, 중성자별은 가장 흥미로운 유형 중 하나"라며 "중성자별은 질량이 태양의 8~30배 정도 되는 천체가 수명을 다해 남기는 핵의 잔재라고 여겨진다"고 설명했다.
이어 "중성자별은 평균 밀도가 ㎤당 10억t인 초고밀도 천체로 원자핵끼리 거리를 두지 않고 꽉 막힌 상태"라며 "내부에서는 원자핵조차 그 형태를 유지하지 못하고 유동성이 높은 소립자의 수프로 구성된다는 설이 있지만 아직 여러 부분이 수수께끼"라고 덧붙였다.
중성자별은 현재 기술로는 실험으로 재현하기 어렵기 때문에 그 자체를 상세하게 관측해 미스터리를 풀려는 시도가 활발하다. 이번 성과 역시 이런 노력의 결과다.
조사 관계자는 "ISS에 2017년 설치된 'NICER'는 중성자별의 물성과 내부 구조를 알기 위한 X선 망원경"이라며 "개개의 X선의 도달 시간을 100나노초(ns) 미만으로 계측 가능하고, 그 상세한 데이터로부터 중성자별의 성질을 파악할 수 있다"고 전했다.
이 관계자는 "'4U 1820-30'이 주목받는 것은 상당히 드문 초소형 X선 쌍성(ultracompact x-ray binaries, UCXB)이기 때문"이라며 "UCXB는 항성의 동반성이 중성자별이거나 블랙홀로, 서로의 공전주기가 몇 시간 미만이다. '4U 1820-30'은 UCXB 중에서도 짧은 단 11.4분의 공전주기를 가진다"고 언급했다.
'4U 1820-30'은 쌍성의 거리가 짧아 항성이 존재하지 않는다. 즉 '4U 1820-30'의 항성은 표면의 수소가 벗겨지면서 내부 헬륨 층이 노출된 헬륨 별로 추측된다.
중성자별은 막강한 중력으로 항성으로부터 헬륨이 풍부한 가스를 흡수해 축적한다. 그 양이 증가하면 핵융합 반응이 발생해 짧은 시간 동안 방대한 에너지를 방출한다. 이를 지구에서 보면 '4U 1820-30'은 10~15초 동안 지속되는 짧은 X선 버스트를 방출한다.
조사 관계자는 "'NICER'가 포착한 '4U 1820-30'의 X선 버스트 총 15회 분량을 분석하는 과정에서 15회 진동이 확인됐다"며 "모든 X선 버스트에서 광구가 중성자별 표면에서 50㎞ 이상으로 확대됐고, 가장 큰 것은 902㎞에 달했다"고 말했다.
그는 "시뮬레이션을 통해 X선 버스트에서 716Hz의 진동이 나타났다. 이는 자전 주기에 대응하기 때문에 '4U 1820-30'은 1초에 716번 자전하는 셈"이라며 "즉 이 천체가 1회 자전하는 데 단 0.00140초 밖에 걸리지 않는다는 의미"라고 강조했다.
'4U 1820-30'과 맞먹는 자전 속도를 가진 천체는 2006년 관측된 펄사(중성자별의 일종) 'PSR J1748-2446ad' 뿐이다. 중성자별은 1초 미만의 주기로 자전하는 것으로 알려져 있지만, '4U 1820-30'이나 'PSR J1748-2446ad' 같은 것은 극히 예외로 꼽힌다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
