우주 한 켠에서, 물리법칙을 어길 정도로 밝은 천체가 발견됐다. 큰곰자리 은하 M82에 있는, 사상 가장 밝은 "M82 X-2"라는 초대광도 X선원(ULX)은, 태양의 1000만 배나 되는 에너지로 번쩍번쩍 빛난다는 것.
"에딩턴 한계(광도)"로 불리는 물리법칙에 비추면, 그 밝기는 별이 견딜 수 있는 에너지를 넘어 보통이라면 산산조각이 날 것이다.
그런데 M82 X-2는, 가끔 그 한계를 100~500배 넘어서도 여전히 태연한데, 이 수수께끼의 천체는, 왜 물리 법칙에 어긋나도 우주에 존재하는 것이 허용되는가?
그 이유는 현재로서는 불분명하지만, 천문학자들의 가설에 따르면, 원자를 변형시킬 만큼 강력한 자기장에 비밀이 있는 것으로 보인다.
■ 블랙홀 아니라고? 물리법칙 돌파한 천체 M82 X-2
강력한 X선을 쏘아, 항성의 한계보다 밝게 빛나는 작은 천체를 "초대광도 X선원(ULX)"이라고 하는데, NASA가 운용하는 X선 우주망원경 "NuSTAR"에 의해 검출된 "M82 X-2"도 수수께끼 같은 초대 광도 X선원 중 하나다.
그 밝기는 태양의 약 1000만 배로, 상식적인 물리적 한계를 넘어섰고, 그런 초대광도 X선원의 정체는 블랙홀이 아니냐는 의심을 받아왔다.
하지만 『The Astrophysical Journal』에 게재된 연구에 의하면, 실은 M82 X-2는 "중성자 별"이라고 하고, 질량이 태양의 810배 정도인 별은, 수명이 다해 초신성 폭발을 일으키면 작은 잔해를 남긴다. 그것이 중성자별이다.
지름은 20km 정도지만, 무게는 태양에 버금가는 우주에서 가장 고밀도 천체 중 하나, 그래서 중력은 엄청나고, NASA의 해설에 따르면, 지구 지표 중력의 100조 배나 된다고 한다.
블랙홀에는 적수가 없어도, 중성자별 중력은 월등하고, 그래서 거기 낙하하는 물체는 폭발적인 기세로 충돌한다. 가령 폭신폭신한 마시멜로조차 중성자별에 부딪혔을 때의 에너지는 물폭탄 1000개 분량이나 된다.
■ 왜 밝기의 물리적 한계를 돌파할 수 있을까?
이번 연구에서는, M82 X-2가 인근 별에서 매년 지구 1.5개 분량의 물질을 빨아들이고 있다고 밝히고 있다.
그러한 물질이 M82 X-2에 격렬하게 충돌하면, 태양의 1000만 배라는 밝기는 충분히 생길 것으로 생각되어 지지만, 그것은 물리적으로 있을 수 없는 밝기인 것이다. 별이 빛날 때 그 에너지에 의해 별은 바깥쪽으로 밀려나고, 그래서 너무나 강렬한 빛을 발하는 별들은 산산조각이 나고 만다.
바깥쪽으로 퍼지는 빛의 에너지와 별의 중력이 딱 어울리는 밝기를 "에딩턴 한계 광도"라고 해 별 밝기의 한계로 꼽힌다.
하지만, 82 X-2는 그 한계를 뚫고 밝은데, 그렇다면 M82 X-2에서는 에딩턴 한계를 돌파할 수 있는 무언가가 일어나고 있을 것이다. 그 무언가란 무엇인가? 지금 시점에서 확실한 건 모르겠지만, 연구팀의 가설에 따르면, 중성자별의 강렬한 자기장이 관련돼 있을 수 있다고 한다.
그로 인해 원자가 변형되어 있을 수 없을 정도의 빛이 발생해도, 별이 뭉쳐 있을 수 있다고 생각된다고 한다.
