중성자별과 블랙홀에 관한 이야기

중성자별과 블랙홀은 우주에서 놀라운 천체 중에 하나입니다. 이러한 특이점으로 인하여 수많은 천체 학자들이 끊임없이 연구를 지속되고 있습니다. 중성자별과 블랙홀은 어찌 보면 쉽게 혼동되어 쓰이는 경우들이 있습니다. 

중성자별과 블랙홀에 관한 이야기와 함께 이 둘은 어떻게 다른지 알아보도록 하겠습니다.

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중성자별과 블랙홀

중성자별과 블랙홀

 

중성자별 이란?

 

출처 : 미국국립전파 천문대

초고밀도, 고질량의 천체

중성자별은 매우 밀도가 높고 질량이 큰 천체로서 반경이 약 10km 정도의 작은 별이지만 그 무게가 태양만큼이나 큰 정도로 원자핵간 서로 닿을 정도의 밀도를 가지고 있습니다. 이러한 큰 밀도로 인하여 한 숟가락 정도의 물질이라도 무게가 천만톤 정도 되는 경우가 생길 수도 있습니다.

중성자별은 무거운 별의 마지막 단계에서 초신성 폭발을 겪고 남겨진 중심핵을 말하며,  중성자별의 경우 높은 밀도와 압력으로 인하여 전자와 양성자가 핵심으로 떨어지고 핵심 내부는 중성자들로 밀집하여 이루어져 있습니다.

 

 

중상자별의 특징

 

중성자별 특징

중성자별의 형성과정

중성자별은 대량의 별이 수소 핵융합 반응을 마치고 내부의 연료를 소진한 후 발생할 수 있습니다. 이러한 별들은 일반적으로 슈나이더-토머스 과정을 거쳐 폭발하며, 폭발 후 남은 핵심 부분이 중성자별로 변환됩니다.

 

 

중성자별의 구조와 성질

중성자별은 극도로 높은 밀도를 가지며, 질량은 태양의 몇 배에서 수십 배까지 일반적으로 매우 큽니다.
핵심 부분에서는 전자와 양전하를 가진 양성자가 서로 압축되어 전기적인 균형을 이루며, 이러한 조건에서 양수전하를 가진 입자들인 중성자가 형성됩니다. 중성자는 전기적으로 중립적이므로 그 이름을 딴 것입니다.

 

 

중성자별 구조

중성자별의 밀도와 압력

중성자별 자체는 매우 높은 밀도를 가집니다. 실제로 핵심 부분의 밀도는 원자핵보다 훨씬 더 높아서 한 스푼의 준비된 중성 자 원소는 지구상 모든 사람들보다 무거울 수 있습니다.
이러한 고밀도 상태는 신비롭게 작용하는 강인한 압력을 생성합니다. 이 압력으로 인해 내부에 있는 전압과 외부에 있는 기액과 동일해질 때까지 충돌하는 입자들 간에 작용합니다.

 

 

중성자별의 자기장

중성자별 자체에는 강인한 자기장이 존재할 수 있으며, 일부에서는 특별한 패턴을 보이기도 합니다.그러나, 정확히 어떻게 형성이 되고 유지되는지에 대한 연구는 아직도 꾸준히 진행이 되고 있습니다.

 

 

 

블랙홀

 

NASA 가 공개한 블랙홀 3차원 영상

블랙홀 이란?

블랙홀은 매우 강력한 중력장을 가진 천체로서 중심에는 질량이 무한히 모여 수십배 이상의 태양 질량을 가지고 밀도가 매우 높은 천체를 말합니다. 일반적으로 블랙홀은 항성의 진화과정이 끝나면서 핵합성 반응의 연료를 모두 소진하고 내부에서 발생한 강력한 중력 붕괴로 인하여 형성됩니다.

이러한 과정에서 질량 상실과 함께 거대한 중심 복합체가 형성되어 블랙홀이 됩니다.

 

블랙홀의 특징 및 구조

블랙홀의 중심에는 싱귤래리티(singularity) 라는 점의 형태로 질량이 무한히 모여 있으며 그 주위에는 이벤트 호라이즌이라는 점이 존재합니다. 이벤트 호라이즌은 빛을 포함한 어떤 입자도 탈출할 수 없는 지점으로 블랙홀 내부에서 방출되는 스펙트럼 분석등을 통하여 간접적인 방법으로 관측이 가능합니다.

블랙홀은 엄청난 물리적인 질량으로 인하여 극도의 강력한 중력장을 발생합니다. 이러한 엄청난 중력장으로 인하여 엄청난 속도로 입자들을 흡수해 들입니다.

 

 

중성자별과 블랙홀의 차이점

 

중성자별과 블랙홀의 차이

 

중성자별과 블랙홀의 차이점

질량과 크기의 차이

중성자별과 블랙홀은 질량의 크기의 차이를 가집니다. 일반적으로 블랙홀의 질량은 천문학적으로 크고 크기는 매우 작은 반면 중성자별의 경우 블랙홀 보다 질량은 작지만 좀더 큰 크기를 가집니다. 

또한, 중성자별의 경우 전자기파를 방출하기 때문에 어떤 빛이나 입자도 탈출하지 못하는 블랙홀에 비하여 관측이 용이한 차이점을 가집니다.

 

 

밀도의 차이

중성자별의 경우 블랙홀에 비하여 질량은 적지만 아주 작은 크기에서 매우 높은 밀도를 유지하고 있으며, 놀라운 속도로 회전하며 자기장을 가지고 있어 자외선을 방해하고 빨강색 왜성과 같은 별들과는 다른 특징을 가지고 있습니다.

반면 블랙홀의 경우에는 질량이 너무 커서 광속 이상으로 중력이 발생하기 때문에 빛의 경우도 특정 경계선을 넘어서면 빠져나오기 힘듭니다.

 

 

형성과정의 차이

중성자별의 경우는 대량의 별들이 폭발을 하면서 형성됩니다. 이러한 폭발에서 남아있는 핵에는 중성자만 남게 되는데 이러한 중성자들이 밀집하게 되면서 형성이 됩니다.

블랙홀의 경우에는 대량의 별이 무거운 중량으로 합쳐지면서 중심부에는 중력이 더욱 강해지는데 이러한 상황에서 중성자별보다 높은 밀도가 되고 높아지면서 더욱 강력한 중력장을 만들어 냅니다.

블랙홀은 중성자별보다 강한 중력장을 가지며, 더욱 밀도가 높은 상태를 형성합니다.

 

 

영향력의 차이

블랙홀의 경우에는 강력한 중력으로 인하여 빛도 탈출할 수 없는 지점인 사실상 입구가 없는 고체 구조이며, 중성자별의 경우에는 중력이 너무 강해서 움직일 수 없는 상태로 강하게 붙들려 있습니다.

블랙홀은 그 강력한 중력으로 인하여 빛에서 부터 주변의 가스나 별들을 빨아들여 버리는 현상이 일어납니다. 반면에 중성자별의 경우 블랙홀에 비하여 질량이 작기 때문에 주변 별들과 상호작용을 하면서 가스나 먼지를 빨아 들이거나 새로운 별들이 탄생하는 곳으로 활용이 됩니다. 

 

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우주에서 놀라운 현상 중 하나은 중성자별과 블랙홀에 대한 정보와 차이점에 대하여 알아보았습니다. 모두 매우 높은 밀도와 중력의 특징이 있지만 그 크기와 특징들로 다른 천체로서 우주에서 중요한 역활을 하고 있습니다.

꾸준한 우주에 대한 탐사와 연구가 지속이 되면서 보다 신비로운 우주의 신비가 하나씩 알아갈 수 있을 것입니다.

 

 

 

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