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중성자별은 우주에서 가장 강력하고 폭력적인 것들을 꼽으라면 빠지지 않습니다.

이 거대한 원자핵은 직경이 수 킬로미터에 불과하지만,

질량은 항성만큼 큽니다.

그리고 그들은 어떤 장엄한 죽음으로부터

태어난 것으로 알려져 있습니다.

항성들은 부숴지기 쉬운 미묘한 균형 위에 존재합니다.

천문학적인 수치의 톤에 달하는 뜨거운 플라즈마가

중력에 의해 안쪽으로 당겨지고 있고,

그런 강력한 힘에 의해 압축된 원자핵들은

핵융합을 일으키게 됩니다.

수소가 헬륨으로 변하면서,

중력에 대항해서 밀어내는 힘을 방출하고

원자들은 탈출을 시도합니다.

이 균형이 유지되는 동안은, 항성은 굉장히 안정적입니다.

결국에는, 수소가 다 소모되어 버립니다.

우리 태양같은 중간 크기의 항성은

헬륨을 탄소와 산소로 변화시키면서 점점 거대해지다가

결국에는 백색 왜성이 됩니다.

하지만 우리 태양보다 몇 배 더 큰 항성은

헬륨을 다 소모하게 되면 신기한 일이 일어납니다.

잠시 동안은, 방사열과 중력의 균형이 깨지고

중력이 이깁니다. 이전보다 더 강하게 항성을 쥐어짜게 되는 겁니다.

항성의 핵은 더 뜨겁고 빨리 불타기 시작하고,

항성의 바깥 부분은 수 백배 팽창하며,

핵에서는 더욱 더 무거운 원소가 융합되기 시작합니다.

수 백년동안은 탄소가 네온으로 바뀌고,

수 년동안은 네온이 산소로 바뀌고,

수 개월동안 산소가 규소로 바뀌고,

수 일동안 규소가 철로 바뀝니다.

그리고는…

죽습니다.

철은 핵반응에서의 재와 같습니다.

더 이상 만들 에너지도 없고,

더 이상 융합될 수 없습니다.

핵융합이 갑자기 멈추고, 균형은 깨집니다.

핵융합으로 유지해오던 외부로 향하는 압력이 없이는

핵은 별의 막대한 질량에 의해 찌그러지게 됩니다.

이제부터 일어나는 일은 멋지고도, 무서운 일입니다.

양성자와 전자같은 입자들은

가까이 있기를 정말 싫어합니다.

하지만 붕괴하는 별의 압력은 정말 너무나 강력하기 때문에,

양성자와 전자가 중성자로 융합되며,

원자핵끼리 빼곡하게 뭉치게 됩니다.

지구 크기의 거대한 철 공이

순수 원자로 이루어진 도시만한 공 크기으로 작아집니다.

하지만 핵 뿐만이 아니라 항성 전체도 붕괴하기 시작합니다.

중력이 항성 외부층을 빛의 25% 속도로 끌어당깁니다.

이러한 철로 된 핵으로부터의 파열은

충격파를 발생시켜 외부를 폭발시키고

항성의 남은 부분들을 우주로 날려버립니다.

이것이 우리가 흔히 초신성(supernova) 폭발이라고 부르는 것이며

이 폭발은 그 어떤 은하보다도 밝게 빛날 것입니다.

이제 항성에서 남은 것은 중성자별 뿐입니다.

중성자별의 무게는 지구의 백만 배에 달하지만

직경 25km크기의 물체만큼 압축되어 있습니다.

이러한 밀도는 굉장히 높아서 지구 전체 인구가

중성자별 안 직경 1cm의 정육면체 안에 들어갈 정도입니다.

이는 대략 10억톤정도의 무게가

각설탕 정도의 공간에 들어가 있는 것입니다.

다른 예를 들자면, 에베레스트 산이

한 잔의 커피에 들어가 있는 수준입니다.

밖에서 보면 중성자별은 믿기지 않을 정도로 엄청납니다.

중력은 블랙홀 다음으로 가장 강합니다.

밀도가 더 컸다면 블랙홀이 되었겠지만요.

빛이 별 주변에서 꺾이기 때문에

앞부분뿐만 아니라 뒷부분도 약간 보입니다.

중성자별의 표면은 섭씨 백만 도 정도에 이릅니다.

겨우 섭씨 6천도 정도인 우리의 태양과 비교하면 엄청난 수치죠.

좋습니다. 그럼 중성자별의 내부를 볼까요?

거대한 원자핵을 가진 별임에도

여러 면에서 단단한 표면과 액체 핵을 가진 행성들과 비슷합니다.

표면은 굉장히 단단합니다.

바깥층의 대부분은 초신성 폭발 후에 남은 철입니다.

핵들은 뭉쳐서 결정 격자구조를 이루고

수없이 많은 전자들이 사이를 움직이죠.

깊게 내려갈수록, 중력은 핵들을 더 가까이 찌그러트립니다.

양성자들은 점차 중성자로 융합되며 사라져가네요.

껍질의 바닥에 닿게 되면

핵들은 극도로 밀집되어 서로 닿기에 이릅니다.

양성자와 중성자가 재배열되어 긴 원기둥이나 면을 이루고,

어머어마한 양의 양성자와 중성자가 스파게티나 라자냐 같은 모양을 만듭니다.

물리학자들은 이걸 ‘핵 파스타’라고 부르죠.

핵 파스타는 너무 밀도가 높아서,

우주에서 가장 단단한 물질이라고 해도 정도입니다.

거의 안 부서지기 때문이죠.

중성자별의 파스타 덩어리는

몇 센티미터의 산을 만들곤 하는데,

히말라야보다 몇 배는 더 무겁습니다.

결국 파스타 맨 아래의 핵에 닿았습니다.

우리는 이 단계의 물질이 어떤지 정확히 모릅니다.

양성자와 중성자는 분해되어 쿼크의 바다를 이루고

이는 쿼크-글루온 플라스마라고 불립니다.

이중 몇몇 쿼크는 기묘한(strange) 쿼크가 되어

기묘체를 구성합니다.

이 물질의 성질은 정말 이상해서 따로 영상을 만들었습니다.

아니면 그저 양성자와 중성자의 형태로 남을 수도 있죠.

아무도 확실히 모르기 때문에 과학이 재미있는 겁니다.

모두들 말 그대로 꽤나 무거운 친구들이죠.

이제, 다시 우주로 나가봅시다.

중성자별이 처음 붕괴를 시작하면,

발레리나가 팔을 모으듯이 매우 빠르게 회전하기 시작합니다.

중성자별들은 초당 여러 번 회전하는 천공의 발레리나입니다.

이는 펄스를 만드는데, 돌 때마다 고유의 자기장이 전자기파를 빛의 형태로 사방으로 쏘기 때문이죠.

이런 맥동전파원들은 대부분이 중성자 별이며

우리은하에선 약 2,000여 개가 존재하는 것으로 알려져 있습니다.

중성자별의 자기장은 우주에서 가장 강력하고

탄생 직후에는 지구의 것보다 천조 배 더 강력합니다.

그들은 조금 진정되기 전까지는 마그네타(Magnetar)라고 불립니다.

대부분의 중성자 별은 다른 중성자 별과 짝을 이루곤 하죠.

중력파의 형태로 시공간을 통해 에너지를 방출하고 궤도가 더 가까워지면

점점 가까워지다 충돌해서 중성자별 내용물들을 킬로노바(Kilonova)의 형태로 분출시킵니다.

킬로노바가 일어나면 그 잠깐의 순간에

순간적으로 무거운 핵이 다시 형성됩니다.

이번에는 핵을 합치는 융합이 아니라,

중성자가 많은 무거운 물질이 떨어졌다가 재결합하는 것입니다.

아주 최근에 이르러서야

우리는 이게 무거운 원소들의 기원일 수도 있다는 사실을 알게 됐습니다.

금, 우라늄, 백금과 같은 원소들의 기원 말입니다.

이제 두 중성자 별이 붕괴하고, 다시 죽어가는 블랙홀이 되었습니다.

원소를 생성하며 두 별이 죽는 것으로 끝나지 않고,

그들은 블랙홀로써 한 번 더 죽어야 합니다.

수 백만 년에 걸쳐, 이 원자들은 다시 은하로 섞일 것입니다.

하지만 성운으로 남은 몇몇은

중력에 의해 당겨지며 항성과 행성을 만들어 내고

이 순환을 반복합니다.

우리의 태양계는 그 중 하나이고,

인간보다 이전에 존재한 중성자 별의 남은 찌꺼기들은

모두 우리 주위에 있습니다.

우리의 모든 기술적 현대 사회는 영겁의 시간 전에 중성자 별이 만든 원소들로 구성되어 있고

이 원자들은 130억 년의 여행을 보내며

서로 합쳐져 우리와 우리의 세계를 만들었습니다.

그리고 그건 꽤나 멋있죠.

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[음악]