‘우주등대’ 탄생 비밀 찾았다

국제연구팀 “중성자별에서 X선 대신 전파 방출 관측”

3년 전 이맘때, 전 세계 고생물학계가 들썩였다. 미국과 캐나다 공동연구팀이 캐나다 엘즈미어 섬에서 발견한 화석 때문이었다.

‘틱타알릭 로제’라는 이름의 이 화석은 어류와 양서류의 특징을 모두 갖고 있다. 어류가 양서류로 진화하는 중간 단계의 생물인 ‘잃어버린 고리’의 존재가 증명됐다는 점에서 고생물학자들을 흥분시키기에 충분했다.

22일자 과학학술지 ‘사이언스’에는 천문학계의 ‘잃어버린 고리’가 발견됐다는 연구 결과가 실렸다. 먼 우주에서 깜빡이는 별 ‘펄서’의 탄생 비밀이 밝혀진 것이다.

캐나다와 미국, 호주 공동연구팀은 1990년대 후반부터 우주에서 태양처럼 커다란 별과 중성자로 이뤄진 작은 별이 서로 짝을 이뤄 돌고 있는 현상을 망원경으로 관측했다. 큰 별에서 작은 별로 수소나 헬륨 같은 물질이 빨려 들어가면서 작은 별이 빠르게 돌고 있었다. 이때 발생한 에너지로 인해 중성자별에서는 X선이 방출됐다.

그런데 2002년 관측 때는 상황이 바뀌었다. 중성자별은 회전 속도가 더 빨라져 1초에 592번이나 회전하고 있었다. 연구팀을 이끈 캐나다 맥길대 앤 아치볼드 교수는 “중성자별에서 X선이 사라지고 전파가 나오기 시작했다”며 “중성자별이 펄서로 진화한 것”이라고 설명했다.

천문학자들은 매우 빨리 회전하면서 전파를 방출하는 별을 펄서라고 부른다. 펄서가 내는 전파를 지구에서 관측하면 마치 등대처럼 규칙적으로 깜빡인다. 펄서를 ‘우주등대’라고도 부르는 이유다. 1967년 영국에서 펄서가 처음 발견된 이래 천문학자들은 X선을 내는 중성자별이 전파를 내는 펄서로 진화할 거라고 생각했다. 하지만 지금까진 추측만 했을 뿐 실제 관측으로 증명하지 못했다.

부산대 물리학과 이창환 교수는 “X선 중성자별이 펄서가 되는 중간 단계를 포착했다는 점에서 이번 연구는 펄서 진화과정의 ‘잃어버린 고리’를 발견한 셈”이라며 “주변 자기장의 세기, 빨려 들어오는 물질의 양 같은 여러 조건에 따라 중성자별이 X선을 낼지, 전파를 낼지가 결정된다”고 설명했다.

천문학계가 펄서를 주목하는 이유는 내부의 독특한 물리적 상태 때문이다. 초당 수백 번씩 빠르게 도는 천체가 원심력 때문에 사방으로 흩어지지 않으려면 밀도가 매우 높아야 한다. 실제로 펄서는 서울의 모든 건물을 각설탕 하나 부피로 압축한 정도의 고밀도 상태다. 이 교수는 “펄서는 현대물리학의 양대 산맥인 양자역학과 상대성이론을 검증할 수 있는 ‘우주실험실’이 될 수 있다”고 말했다.

임소형 동아사이언스 기자 sohyung@donga.com