백색왜성의 질량 '찬드라세카르 한계'란?

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백색 왜성의 최대 질량 찬드라세카르 한계

 

  

천체 물리학자들은 수많은 별들을 관찰 비교하여 간접적인 방법으로 별의 성질과 진화 과정을 짐작한다. 태양 가까이 있는 별들의 약 6%는 ‘백색 왜성(白色矮星 white dwarf)이라는 이름을 가진 별들이다. 태양은 46억 년 전에 생겨났다. 앞으로 다시 그 정도의 세월이 지나면, 태양은 가지고 있던 핵연료(수소)를 다 소모하고, 지구 크기 정도로 수축하여 매우 작은 별인 ‘백색 왜성'이 될 것이라고 천체 과학자들은 말한다.

 

백색 왜성은 열에너지를 대량 방출하는 매우 뜨거운 흰색의 작은 별들의 이름이다. 구성 원소가 가진 전자(電子)를 다 소모하고 탄소와 산소의 핵만으로 이루어진 백색 왜성은 너무나 무거워 차 숟가락만큼의 무게가 수천kg이나 될 것이라 한다.

 

 

인도계 미국의 천체물리학자 서브라만얀 찬드라세카르(Subrahmanyan Chandrasekhar 1910-1995)는 “백색 왜성의 질량은 태양 질량의 1.44배가 최대이다.”라는 학설(The Chandrasekhar Limit)을 1931년에 발표했다. 그의 계산대로 태양보다 1.44배 이상 큰 질량을 가진 백색 왜성은 발견되지 않는다. 그래서 이 수를 ‘찬드라세카르 상수’라 부른다.

 

찬드라세카르는 별의 진화에 대한 연구 업적으로 1983년에 노벨 물리학상을 받았다. 천체물리학자들의 연구에 의하면, 별 중에서 질량이 큰 것은 백색 왜성으로 진화하지 않고 초신성(超新星 supernova)이 된다. 초신성은 단 며칠 사이에 엄청난 양의 물질을 온 은하계로 방출해버리고, 직경이 수 km 밖에 안 되는 중성자별(neutron star)이 된다. 중성자별은 중성자만으로 이루어져 있어 빛을 내지 않으며, 깨알 정도의 무게가 몇 100만 톤에 이른다.

 

어떤 중성자별은 더욱 축소되어 무한(無限) 밀도가 되기도 하는데, 이런 별은 부피도 공간도 없고, 시간이 흐르지 않는다. 이러한 천체는  중력이 너무 강하여 빛이든 무엇이든 빨아들이기만 하고 빛조차 빠져 나올 수 없다고 하여 블랙홀(black hole)이라 부른다. 만일 블랙홀의 경계 안으로 우주선이 접근한다면, 우주선과 우주비행사는 순간에 빨려 들어가 사라진다.

 

블랙홀의 중력장(重力場)이 영향을 주는 범위의 반경(半徑)을 ‘슈바르츠쉴트 반경’(Schwarzschild radius)이라 한다. 슈바르츠쉴트(Karl Schwarzschild 1873-1916)는 1916년에 블랙홀의 존재를 예언한 독일 물리학자의 이름이다. 

 

 

 

 

큰개자리에 있는 시리우스(Sirius)-A는 8.6광년 거리에 있는 가장 밝게(1.47등급) 보이는 별이다. 사진의 시리우스-A 오른쪽에 흰 점으로 보이는 것이 백색 왜성인 시리우스-B이다. 

 

 

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