◎서울신문사 주최,노벨상수방자 휴이시박사 초청강연으로 본 「우주」/초신성 폭발때 수축끝에 탄생하는 단단한 별/1초에 1회이상 회전… 규칙적으로 깜박 거려

영국 캠브리지대학교 천문학교수 안토니 휴이쉬의 대학원생이었던 여학생 조슬린 벨은 19 67년 도저히 이해할 수 없는 이상한 발견을 했으니,어떤 천체에서 날아오는 주기 1.34초의 규칙적인 전파 박동(pulse)이 바로 그것이다.당시는 천체가 몇 초를 주기로 회전한다거나 맥동하는 일은 상상도 할 수 없는 시대였기 때문에 이 발견은 곧 「녹색우주인이 보내는 신호」등으로 각색되어 세상에 알려지게 되었다.

이 소동의 주인공의 정체는 휴이쉬 등의 천문학자들에 의하여 1초에 몇 바퀴를 회전해도 부서지지 않는 중성자성이라는 아주 작고 단단한 별로 밝혀졌다.휴이쉬는 이 공적으로 1974년 노벨 물리학상을 수상하게 된다.

중성자성은 질량이 비교적 큰 별의 생애 마지막 단계에서 거죽이 초신성 폭발로 날아가고 밀도가 높은 중심핵만 남아 만들어진다.중성자성은 대략 서울시만한데 그 표면에서떼낸 각설탕 크기 만큼의 물질은 승용차 약10억 대와 같은 질량을 갖는다.

중성자성은 이처럼 엄청난 수축 끝에 탄생하기 때문에 매우 빠르게 자전하고 있다.이는 피겨 스케이터가 팔다리를 안으로 웅크릴수록 더 빨리 돈다는 점에 유의하면 이해할 수 있다.중성자성물은 보통 1초에 1회 이상 회전한다.이렇게 빠른 회전에 의한 엄청난 원심력은 보통의 별이라면 산산이 깨뜨릴 수 있지만 중성자성에는 별 영향을 주지 못한다.

우리 해처럼 비교적 가벼운 별들은 종말에 이르러 폭발을 하는 대신 짜부러들어 지구만한 백색왜성이라는 작은 별이 된다.백색왜성은 한마디로 사그러지는 모닥불과 같다고 할 수 있다.중성자성만은 못하지만 백색왜성도 밀도가 매우 높아 그 표면에서 각설탕 크기 만큼의 물질이 승용차 약 10대와 같은 질량을 갖게 된다.

중성자성 중 어떤 것은 마치 등대가 깜박이는 것과 똑같이 회전할 때마다 우리에게 빛의 박동을 내기도 하는데 이러한 것들은 펄사(pulsar)라고 부른다.즉 펄사란 우주의 등대인 것이다.앞서 벨이 발견했던 천체도바로 펄사의 하나였던 것이다.

미국의 헐스와 테일러도 바로 이 펄사를 연구한 공로로 불과 2년 전인 1993년 노벨 물리학상을 수상하였다.두 사람이 공교롭게도 휴이쉬가 노벨상을 받던 해인 1974년 발견한 천체는,두 중성자성이 해의 반지름 정도 거리를 유지하며 주기 약 8시간,초속 300㎞의 맹렬한 속도로 서로 공전하고 있는 쌍성이다.별 하나는 보이지 않지만 나머지 하나가 주기가 0.059초인 펄사여서 쌍성펄사라고 부른다.즉 이 펄사는 초당 약 17번 회전하는 중성자성이다.따라서 그들은 이 펄사를 정밀히 관측함으로써 이 쌍성펄사의 진화를 추적할 수 있었다.

그들이 얻은 결과는 매년 공전주기가 약 1만분의 1초씩 짧아지고 있다는 것이었다.이 값은 그 쌍성계가 중력파에 의하여 공전에너지를 잃는다고 가정하고 아인슈타인의 상대성 이론에 근거하여 계산한 공전주기감소치와 정확히 일치하여,결국 중력파가 존재한다는 사실과 상대성 이론이 정교한 중력이론임을 간접적으로 입증하였다.<박석재 천문대 천문정보실장>