초고밀도 원자핵, ‘핵 파스타’ 상태로 존재

오로지 중성자별 내부에만 존재하는, ‘핵 파스타’로 불리는 희귀한 물질 상태가 발견됐다고 스페이스 닷컴이 27일 최신 연구를 인용 보도했다.

스페인 알리칸테 대학 과학자들은 초고밀도의 중성자별 내부에 극도의 압축 상태로 존재하는 원자핵들이 일부는 라자냐처럼 넓적하고 일부는 푸실리처럼 꽈배기 모양의 파스타와 같은 상태를 이루고 있으며 이 때문에 중성자별의 회전 최대 속도에 제한이 생기는 것으로 보인다고 네이처 피직스 저널에 발표했다.

연구진은 “이런 조건은 우주에서 블랙홀 다음으로 밀도가 높은 중성자별에서만 생길 수 있다”고 말했다.

이런 물질 상태는 몇 해 전 일부 이론 물리학자들로부터 제기된 적이 있지만 실험적으로 입증된 적은 없는데 연구진은 ‘펄서’라고 불리는 중성자별의 회전 속도를 이용해 ‘핵 파스타’의 존재를 처음으로 입증했다.

중성자별은 거대한 별이 수명을 다해 폭발하는 이른바 ‘초신성’ 폭발 후 남은 초고밀도의 핵 부분으로, 찻술 하나에 에베레스트산의 무게가 실리는 이런 초고밀도 상태에서는 정상적인 원자가 존재할 수 없고 그 대신 거의 전적으로 중성자만으로 이루어진 것으로 알려져 있다.

이렇게 이루어진 중성자별의 핵은 상상할 수 없을 정도의 초고밀도일 뿐 아니라 무서운 속도로 회전하면서 마치 등대처럼 맥동형 전파(펄스)를 방출하기 때문에 ‘펄서’라고 불린다.

연구진은 수십개의 펄서를 관찰했으나 1회전 주기가 12초 이상인 것은 찾지 못했는데 그 이유를 ‘핵 파스타’ 물질로 설명할 수 있을 것이라고 말했다.

별 내부의 원자핵이 파스타와 같은 형태로 재구성됐다면 이것이 별의 전기 저항력을 높여 전자들이 이 물질을 뚫고 나가기가 어려워졌을 것이며 그 결과 별의 자기장이 예상보다 훨씬 빨리 소멸됐을 것으로 보인다는 것이다.

펄서들은 보통 전자기파를 방출하면서 회전 속도가 느려지고 그 결과 각운동량을 잃게 되지만 만일 별의 자기장이 파스타 상태 물질로 인해 이미 제한돼 있다면 전자기파를 강력하게 방출하지 못하고 따라서 속도를 줄이지 못해 펄서의 회전 주기가 일정 수준 이상으로 늘어날 수 없다는 것이다.

연합뉴스