외계인의 신호에서 중력파 발견까지

외계인의 신호에서 중력파 발견

 

1967년에 처음 발견되었는데, 외계인이 보낸 신호라고 생각했습니다. 진지한 외계인 토론 중성자 별에 의한 전자기 방출로 중력파가 발견됬습니다.인류가 살고 있는 지구는 매우 축복받은 행성입니다. 물이 존재할 수 있는 구역에서 공전하는 항성의 태양 질량, 즉 생명에 대한 조건이 적정 수준으로 유지됩니다. 그 밖에 여러 가지 조건이 있는데, 그중 하나는 주변에 펄사처럼 위험한 천체가 없다는 것입니다. 풀사(Pulsa)는 X선과 감마선과 같이 강력한 전자기파를 방출하는 천체를 말합니다. 만약 지구가 펄서의 영향권 안에 있었다면 강력한 전자파에 의해 분열된 모든 분자 때문에 생명체는 말할 것도 없고 단백질과 같은 고분자 화합물을 만들 수 없었을 것입니다. 삶의 관점에서 보면 펄서는 쉴 새 없이 총알을 쏘는 기관총 같은 천체라고 해주셔도 무방합니다. 블랙홀 다음으로 우주에서 두 번째로 위험한 것으로 여겨지는 펄서, 펄서의 정체는 무엇일까? 펄사는 1967년 벨 버넬과 앤서니 후이쉬에 의해 발견되었습니다. 그들은 전파 망원경을 통해 우주를 관찰하던 중 어떤 천체로부터도 주기적으로 전파를 만들어내는 천체를 발견했습니다. 다른 천체와는 달리 망원경은 너무나 정확하고 빠른 주파수로 깜박거리고 있었기 때문에 버넬과 후이시는 그 신호가 외계인이 보낸 메시지일지도 모른다고 생각했습니다. 사실 당시 천문학자들은 깜빡이는 주기가 너무 빠르고 일정해서 인공적인 것이라고 생각했기 때문에 외계인이 사용하는 등대라고 생각했고, 펄사의 발견으로 천문학자들은 외계인의 존재를 심각하게 생각하게 되었습니다. 그러나 우주를 좀더 자세히 들여다보니 펄사의 존재는 우주 곳곳에 존재했고 천문학자들은 외계인의 생각을 버렸습니다. 1968년 토마스 골드(Thomas Gold)와 프랑코 파치니는 외계인 대신 회전하는 중성자 별일 지도 모른다고 생각했습니다. 그때까지 중성자 별의 존재는 이론상으로만 존재했습니다. 펄서의 발견에 앞서 물리학자인 수브라마니안 찬드라셰카르는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 통해 일정한 질량을 초과하는 별은 붕괴 시 백색왜성이 되지 않고 중성자 별이나 블랙홀이 될 것이라고 이론적으로 예측했었습니다. 원자는 전자와 양자로 구성되어 있고, 하나의 전자는 정해진 에너지 레벨에 놓일 수 있습니다. 만약 전자가 같은 전자를 채워진 레벨에 또 다른 전자를 넣으려고 하면, 전자가 들어가지 못하게 하는 힘이 생기는데, 이를 축력이라고 합니다. 질량이 큰 별, 즉 중력이 높은 별은 무너지고 수축하며 중력의 강도가 이 축압을 모두 이겨내고 전자를 끌어당깁니다. 전자는 핵에 도달하고 곧 중성자로 바뀌어 역 베타 붕괴를 일으킵니다. 따라서 중성자만으로 이루어진 천체를 중성자 별이라고 합니다. 형성 과정에서부터 극단적으로 형성된 중성자 별은 상상할 수 없는 성질을 지니기 시작합니다. 일반적으로 천체는 회전하지만 중력에 의해 크기가 줄어들면 행성 전체의 각운동량이 보존되기 때문에 중성자별은 엄청난 회전속도를 갖는입니다. 피겨스케이팅 선수가 빙판 위에서 회전하면 팔을 벌려 함께 당길 때 속도를 늦출 생각을 할 수 있습니다. 중성자 별은 거의 모든 중성자로 이루어져 있지만, 반응하고 남는 전자와 같은 입자는 중성자 별에 남아 있을 수 있습니다. 이러한 전하를 가진 입자가 회전하면 맥스웰 방정식에 따라 전자파를 방출합니다. 또 우주가 극도로 차가워 중성자 항성이 초전도 상태에 있기 때문에 전자는 아무런 저항도 느끼지 않고 중성자의 회전과 함께 움직인입니다. 각 중성자의 거대한 회전 에너지는 전하의 회전 운동에 의해 전자파의 형태로 변환되어 방출됩니다. 이러한 전자파는 회전의 축을 따라 방출되며, 고에너지 전자파, 즉 X선이나 감마선을 의미합니다.
중성자 별도 축을 중심으로 회전하는데, 이것은 세차 운동이라고 불리는 원형 운동입니다. 먼 지구에서 이것을 보면 회전축이 지구를 정확히 가리키면 방출되는 전자기파의 신호를 수신할 수 있습니다. 따라서 발견된 펄서는 주기적으로 깜빡이고 세차 주기가 매우 짧기 때문에 짧은 간격으로 깜빡이는 것처럼 보입니다. 펄사는 과학사에서도 중요한 역할을 했습니다. 펄사는 중성자 별이 존재한다는 증거입니다.