별은 수백만 개의 수소 원자가 수십억 년 동안 핵융합을 겪으면서 빛과 열을 생성합니다. 하지만 이 과정은 영원하지 않고 제한적이며 내부의 연료가 고갈되면 별은 종말을 맞게 됩니다. 초거성만큼 큰 별은 격렬하게 죽어 중성자별과 블랙홀이 된다. 상대적으로 작은 별인 거대한 별은 덜 극적인 죽음을 맞이합니다. 그것은 행성상 성운을 남기고 백색 왜성으로 변합니다. 오늘은 백색 왜성, 중성자 별, 블랙홀에 대해 이야기하겠습니다.
백색 왜성
더 이상 융합할 수 없는 거대한 별의 중심에서 중력 수축에 의해 태양 질량의 1.4배 미만이면 원래 크기보다 훨씬 작은 새로운 별이 생성되고, 외층의 물질은 점차 팽창하여 행성상 성운을 형성합니다. 이때 중앙에 새롭게 형성된 별을 백색왜성으로 표현한다. 백색 왜성은 백색광을 방출하는 별입니다. 밀도가 높은 물질로 구성된 백색 왜성은 크기가 지구와 비슷할 정도로 매우 작지만 질량은 태양과 비슷합니다. 그것에는 매우 강한 중력이 있고, 이 중력 때문에 매우 조밀하고 단단합니다. 백색 왜성은 별이었을 때 남아 있던 뜨거운 온도를 천천히 식히는 과정 중 하나입니다. 완전히 식을 때까지 백색광을 내다가 식으면서 점차 빛을 잃어 흑색왜성이 된다. 흑색 왜성은 너무 어두워서 우주에서 관찰하기가 거의 불가능하기 때문에 이론적 천체입니다. 백색 왜성은 매우 강한 중력으로 인해 초신성이 될 수도 있습니다. 강한 중력이 주변의 작은 천체들을 끌어당기는데 이 과정에서 열이 발생해 더 뜨거워진다. 그러다가 더 이상 핵융합이 불가능해지면 초거성처럼 초신성 현상이 일어나 우주에 많은 물질을 퍼뜨리고 마그네타 같은 중성자별을 만들어낸다.
중성자 별
연료가 고갈되어 핵융합이 멈춘 거인과 초거성의 핵은 중력에 의해 점차 수축되고 압축된다. 태양 질량의 3배보다 1.4배 이상이면 전자축퇴압이라는 힘을 충분히 이겨내고 전자와 양성자가 결합해 중성자를 형성한다. 이 과정은 중화로 표현됩니다. 전자 축퇴압은 매우 조밀한 상태에서 전자가 서로 겹치지 않는 성질 때문에 생기는 압력이다. 아무리 강한 중력이 그들을 압축하더라도 최소한의 공간을 확보하는 것이 전자의 속성이다. 중성화가 발생하면 바깥층이 팽창하고 분리되어 중앙에 중성자 별을 형성합니다. 중성자별은 질량이 태양보다 몇 배나 다르지만 반지름은 약 10km로 매우 작습니다. 이렇게 작은 크기와 매우 높은 질량에서 중성자별은 매우 빠르게 회전합니다. 초당 수백 회전에서 초당 수만 회전까지 다양합니다. 빠른 자전 속도는 중성자별의 자기장을 만들고 자기장 방출에 따라 중성자별의 종류를 나눈다. 자성 중성자별은 일반 중성자별과 마찬가지로 밀도가 매우 높고 중력이 강한 물체입니다. 자기장 중성자별의 자기장은 일반적으로 10¹ ¹ ~10¹ ⁵ Gauss의 강도를 가지며 이는 지구의 자기장 강도인 0.5 Gauss보다 훨씬 강합니다. 펄서와 같은 중성자별은 빠른 회전으로 인해 매우 정확하고 규칙적인 방출을 생성합니다. 펄서의 주기는 중성자별의 자전 주기와 일치하며 중성자별의 자전 속도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 자기 펄서는 일반 펄서보다 훨씬 강한 자기장을 가지고 있으므로 방출이 더 강하고 규칙적입니다.
블랙홀
초기 우주에 존재했던 가스와 먼지가 모여 태양 질량의 수백만에서 수백억에 달하는 초대질량 블랙홀을 만들었다. 따라서 모든 은하의 중심에는 블랙홀이 있습니다. 그리고 별의 죽음에 의해 생성된 상대적으로 작은 블랙홀도 있습니다. 핵융합을 멈춘 별의 핵이 태양의 3배 이상의 질량을 가지면 중성자별이 된다. 그러나 질량과 중력이 워낙 크고 강하기 때문에 중성자별의 전자 축퇴압과 달리 중성자를 밀어내는 중성자 축퇴압력을 이겨낼 만큼 강하다. 그 결과 모든 질량이 중력으로 인해 하나의 작은 점으로 응축되어 중성자별이 아닌 블랙홀이 탄생한다. 태어난 후에도 빛은 물론 주변의 다른 천체를 흡수하는 매우 강한 중력을 만들어낸다. 블랙홀은 중력이 매우 강하기 때문에 육안으로는 볼 수 없지만 블랙홀 주변의 물질이 블랙홀에 흡수될 때 방출되는 방사선으로 관찰할 수 있다. 사건의 지평선은 블랙홀의 시공간 구조의 경계입니다. 중력장은 매우 강력하기 때문에 한 번 들어가면 탈출이 불가능하다. 과학자들은 이벤트 호라이즌을 사용하여 블랙홀을 관찰하려고 시도했습니다. 지구 곳곳의 전파망원경을 동시에 관측할 수 있도록 연결해 원자시계로 시간을 맞추고 수상한 움직임을 보이는 천제의 모습을 촬영했다. 2019년에 찍은 사진이 공개됨과 동시에 인류는 블랙홀 관측에 성공했다.