- PSR J0250+5854 등 죽음선 아래 펄서의 전파 지속 관측
- 표면 1cm 돌기가 전기장 국소 집중 → 입자 가속·전파 복원
- 강한 핵력 기반의 가상 물질 ‘스트레인지온’로 구조 안정성 설명
초신성 폭발로 생성된 중성자별 중 일부는 매우 빠르게 자전하며 강한 전파를 방출한다. ‘펄서(pulsar)’로 불리는 이 천체는 지름이 약 20km에 불과하지만 밀도는 극단적으로 높고, 초당 수백 회 회전하며 규칙적인 전파 신호를 우주로 쏘아낸다. 그러나 시간이 지나면서 회전이 느려지고 자기장이 약해지면, 입자를 가속할 수 있는 전기장이 약화되며 전파 방출도 중단된다.
이 한계를 천문학자들은 ‘죽음선(death line)’이라 부르며, 이를 넘긴 펄서는 활동을 멈춘 것으로 간주해왔다. 하지만 관측된 일부 펄서는 이 조건을 벗어나 전파를 계속 방출하고 있어 이목을 끌고 있다.
[사진=NASA/HST/ASU/J]
1cm 돌기가 전파를 되살리다
죽음선 아래에 있음에도 불구하고 활동을 지속하는 대표적인 펄서로는 PSR J0250+5854와 PSR J2144–3933가 있다. 두 천체 모두 회전 속도와 자기장이 이론상 한계 이하이지만, 전파 신호를 멈추지 않고 있다. 중국 베이징대학교 연구팀은 이 현상의 원인을 펄서 표면에 존재할 수 있는 단 1cm 높이의 미세한 돌기 구조에서 찾았다. 이 돌기는 표면 곡률이 크기 때문에 전기장을 한 지점에 집중시킬 수 있으며, 이를 통해 진공 틈(vacuum gap) 내부에서 전자–양전자 쌍이 생성되고 입자가 다시 가속된다.
돌기 하나만으로도 전파 발생 임계 전기장을 절반 이하로 낮출 수 있다는 시뮬레이션 결과도 제시됐다. 중력이 극단적으로 강한 환경에서는 이처럼 작은 구조도 방출 메커니즘 전체에 영향을 줄 수 있다.
스트레인지온 물질과 방출 모델의 재검토
이러한 돌기가 극한 조건에서 유지되기 위해서는 기존에 알려진 핵물질보다 높은 구조적 안정성을 가져야 한다. 연구팀은 이를 설명하기 위해 ‘스트레인지온(strangeon)’이라는 가상의 초고밀도 물질을 제안한다. 이 물질은 전자기력이 아닌 강한 핵력으로 결합돼 있어, 고온·고압·강한 방사선 환경에서도 형태를 유지할 수 있다고 가정된다.
돌기의 형성과 붕괴는 펄서 내부 응력이나 자기장 불균형에 의해 발생할 수 있으며, 이는 펄서의 회전 속도가 급변하는 ‘글리치(glitch)’ 현상과도 관련될 가능성이 있다. 만약 이러한 구조가 일반적인 현상이라면, 펄서의 활동 한계와 수명 예측에 사용되는 기존 모델에도 수정이 필요하다. 연구진은 향후 중국의 FAST 전파망원경과 같은 고감도 관측 장비를 통해 전파 신호의 미세한 변화를 분석하고 이 구조의 존재를 간접적으로 검증할 수 있을 것으로 보고 있다.
김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr
참고 논문: Zi-Hao Xu et al, Pulsar Sparking: What if mountains on the surface?, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2506.12305
자료: arXiv / Universe Today
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