중성자별에 대한 질문글이 올라온 김에 평소에 우주갤에 쓰고 싶었던 글을 써보기로함


원래 이런거 쓰려고 왔는데 어쩌다보니 평평이들 놀아주는거 구경하고 있더라





우선 중성자별과 블랙홀이 왜 생겼는지에 대하여 말하기 전에 하나 알아둬야 될 게 있음


기본 상호작용이라고 하는데 우주를 관장하는 4대 힘이라고 보면 됨


여기에는 우리에게 친숙한 중력과 전자기력에 강력, 약력이라는 생소한 애들을 포함하여 총 4가지임


약력은 설명에 별로 필요가 없으니깐 빼고, 중력-전자기력, 중력-강력 이렇게 비교해볼거임






우선 중력은 우리가 만류인력의 법칙으로 잘 아는 것처럼, 두 물체의 질량에 의해 서로 끌어당기는 힘임


중력은 다른 세 가지 힘에 비해서 압도적으로 영향 범위가 넓다는 특징이 있음.


근데 힘의 세기는 반대로 압도적으로 약함. 그것도 그냥 약한 수준이 아니라 엄청 약함.


우리가 블랙홀 이런걸 봐서 엄청 세게 느껴지지만, 익숙한 예시를 들어서 설명해봄


바닥에 붙어있는 클립에 자석을 가까히 하면 클립이 자석에 달라붙음


이 힘은 전자기력에 의한 것인데, 조그만한 자석의 전자기력이 지구 전체의 중력을 가뿐하게 이겼다는 거임


자석은 고작 몇 센치도 안될 만큼 작아도 우리 눈에 확 띄는데 중력은 몇 백, 몇 천 키로 크기가 되어야 겨우 느껴지는 거임






이제 중성자별에 대해서 볼거임


별 안에서는 물질이 플라즈마 상태라서 원자 안에 있던 원자핵과 전자가 서로 따로 놀고 있는 상황임


얘네들끼리는 전자기력의 반발때문에 중력이 세게 눌러도 서로 거리를 유지함


그래서 별이 죽을 때도 그냥 껍데기 벗겨지고 핵만 남는 백색왜성이 됨


그런데 초신성을 일으킬만한 별들은 보통 태양의 수 배 이상으로 무거워서 그만큼 중력의 세기도 엄청남


아무리 중력이 약하다지만 물량으로 밀어붙여서 중심핵에 가해지는 압력은 전자기력을 이길 정도임


하지만 중심핵에서 핵융합을 일으켜서 만드는 에너지가 반발해서 균형이 유지됨


근데 연료를 다 썼다? 그럼 갑자기 중력만 남아서 힘의 불균형 때문에 폭발이 일어나는게 초신성임


핵융합 응디가 사라지니깐 중력이 물질들을 계속 뭉치기 시작함. 뭉치면 밀도 때문에 중력이 더 세져서 더 뭉침


여기서 중력이 결국 전자기력을 이기면 전자가 원자핵에 있던 양성자끼리 합체함


전자와 양성자가 합하면 중성자로 변하는데, 중력이 전자와 양성자의 반발을 찍어누르고 만든 중성자로 이루어진게 중성자별임






운동장이 원자면 10원 동전이 원자핵이고 개미가 전자다. 이런 말이 있을 만큼 원자는 사실 텅텅 비어있고 밀도가 낮음


대신 질량은 그 작은 원자핵이 거의 다 차지하고있음


근데 중력때문에 원자 구조고 다 깨지고 그 빈공간에 중성자들만 꽉 찬거임


이러니 각설탕만한 조각에 에베레스트가 들어있는 어마어마한 밀도와 중력을 갖게 됨


근데 여기서 한 술 더 뜬게 블랙홀임







중성자별에서 중력이 전자기력을 누르고 이겼다 생각했지만 사실 진 최종 보스가 있음.


얘는 강력(강한 핵력)이라고 하는데 단순하게 원자를 유지시키는 힘이라고 보면 됨


조금 더 자세히 보면 원자핵을 이루는 중성자, 양성자 이것들을 또다시 이루는 쿼크라는게 있음


쿼크는 레고의 블럭 1개, 게임의 폴리곤처럼 우주의 물질을 이루는 가장 기본적인 입자임 (더 이상 못쪼개는것)


업, 다운 쿼크라는 놈들이 3개씩 모이는데 어떻게 모이느냐에 따라 중성자와 양성자가 되는거임


근데 이 업다운 쿼크는 전하가 있음. 즉 전자기력을 가지고 있단 말인데 그냥 두면 서로 반발이 나서 도망치려고 함


근데 도망치면 중성자 양성자가 안만들어질 테니깐 전자기력을 이기고 얘네들을 잡아두는 힘이 강력임


그래서 강력이 제일 강한 놈이라고 보면 됨






만약 초신성이 일어날 때, 훨씬 더 무거운 별이라면 중력이 결국 강력도 이길 수 있음


그런데 강력마저 이겨버리니까 더 이상 대적할 놈이 없어져서 중력이 한없이 강해지고 물질을 수축시키고 결국은 붕괴시킴


그래서 나온 게 블랙홀임. 중성자별은 그나마 물질로 이루어져 있는데 블랙홀은 그냥 알 수 없는 무언가가 됨


블랙홀의 중력은 이미 다른 힘들을 모두 이길 만큼 쎄서 시공간마저도 뒤흔들고 별을 밥먹듯이 빨아댕기고 다님


심지어 큰놈들은 별을 거스리고 다니는데 규모가 좀 되는 은하들은 다 중심에 블랙홀이 있음







요약


별이 죽을 때


중력이 전자기력을 못이김: 백색왜성

전자기력은 이겼지만 강력은 못이김: 중성자별

강력도 이기고 1짱이 됨: 블랙홀