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KISTI 과학향기 제1782호

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우주에서 가장 위험한 별

자막
중성자별은 블랙홀 다음으로 밀도가 가장 높은 천체입니다.
우리는 아마 그 핵 속에서 현존하는 가장 위험한 물질을 발견할지도 모릅니다.
"이상한 물질"을 소개합니다.
이 특이한것은 너무 극단적이어서
우주의 법칙들을 구부리고
감염시키고 접촉하는 모든것들을 파괴할지도 모릅니다.
또는 우리에게 어떻게 우주가 시작되었는지 알려줄수도 있습니다.
아마도 둘 다 겠죠.
이러한 극단적인 이상한 물질을 이해하기에 앞서
우리는 먼저 약간의 기초지식이 필요합니다.
중성자별은 무엇이며, 또 이상한 물질은 어떻게 우주의 법칙을 깨뜨릴수 있는 것일까요?
이 모든 내용을 하나의 영상안에 넣기위해 우리는 몇가지들을 지나치게 단순화시킬 것입니다.
그렇지만 자세한 내용을 알고 싶으시다면 읽을거리를 제공해 드리겠습니다.
중성자별은 매우 큰 별이 초신성 폭발후 남게 된 것입니다.
이때, 별의 핵은 자체 중력에 의해 붕괴하게됩니다.
이와같은 내부로의 강력한 힘은
핵과 입자들을 격렬하게 압착시킵니다.
전자(-)는 양성자(+)로 끌려들어가고, 그 결과 합병되어 중성자가 됩니다.
원자가 완전히 사라진 이 공간은, 서로 가까이 붙어있지 않으려고 하지만
달리 선택지가 없는 입자들로 순식간에 완전히 채워지고 맙니다.
이들은 붕괴되지 않기 위해 필사적으로 중력에 대항하여 서로를 밀어냅니다.
만일 중력이 이긴다면, 이는 블랙홀이 됩니다.
반대로 이 입자들이 이긴다면, 이는 중성자별이 됩니다.
이러한 과정은 중성자별을 거대한 도시만한 크기의 원자핵 덩어리로 만들지만,
우리 태양만한 질량을 가지고 있습니다.
그리고 여기서, 뭔가가 이상해지죠.
중성자별의 핵은 핵물리학의 법칙을 바꿔 놓을 정도로
매우 극단적인 환경을 지니고 있습니다.
그리고, 이는 아주 이상하고 극도로 위험한 물질을 만들어 낼 수 있습니다.
하지만, 우리들 스스로 달려들지는 말자구요.
이 물질이 어떻게 붕괴될 수 있는지 배우기 전에, 우리는 먼저 알아야 할 법칙이 있습니다.
원자핵을 구성하는 입자들인 양성자와 중성자는,
쿼크라고 불리는 더 작은 입자들로 구성되어 있습니다.
쿼크는 절대로 단독으로 존재하지 않습니다.
이를 우리는 틀어박혀 있다고 부르죠.
이것들을 분리하려고 시도해 볼 수는 있지만, 더 강하게 잡아당길수록
더 강력하게 서로를 잡아당겨 원래 상태로 되돌립니다.
만일 분리를 위해 많은 에너지를 사용한다면, 이들은 그저 이 에너지를 새로운 쿼크를 만드는 데 사용합니다.
쿼크는 그저 다른 입자들을 구성하는 블록들로서 함께 존재할 뿐이며,
그 자체로는 절대로 관측할 수가 없습니다.
이들은 수많은 종류가 있지만, 오직 두 가지만이 안정된 물질을 구성합니다.
'위 쿼크'와 '아래 쿼크'는 양성자와 중성자에서 발견되었습니다.
다른 모든 쿼크들은 순식간에 붕괴하여 변하는 것으로 보입니다.
하지만, 이러한 법칙이 중성자별의 내부에서는 아마 다를 겁니다.
중성자별의 핵에서 작용하는 힘은 매우 극단적인데,
빅뱅 직후의 우주에서 작용하는 힘과 거의 비슷할 정도입니다.
중성자별의 핵은 모든 것의 시작이 이루어지던 시간대를
우리가 들여다볼 수 있게 해주는 화석과 같습니다.
그래서, 쿼크가 중성자별의 내부에서 어떻게 작동하는지 공부하는 것은
우주의 본질 그 자체를 이해하는 방법입니다.
한 가설에서는, 중성자별의 내부에서
양성자와 중성자가 분리된다고 말합니다.
모든 입자들은 빈틈없이 빽빽하게 들어차고,
용해되고 녹아서 일종의 쿼크의 욕조와 같은 상태가 됩니다.
헤아릴 수 없이 많은 수의 입자들이 오로지 쿼크들로만 이루어진 거대한 하나의 덩어리가 됩니다.
쿼크 물질.
이것들로 만들어진 천체를 쿼크 별이라고 부릅니다.
비록 겉에서 보기에는 평범한 중성자별과 다를 것이 없어 보이지만 말입니다.
이제, 마침내 우리는 이 가장 위험한 물질에 대해 이야기할 수 있습니다.
만일 쿼크별 내부의 압력이 충분히 강력하다면
아마도 더욱 이상해질겁니다.
말 그대로요.
중성자별의 내부에서, 몇몇 쿼크들이 '이상한 쿼크'로 변환될 것입니다.
'이상한 쿼크'는 기이한 핵 특성을 지니고 있고 더 무겁습니다.
그리고, 더 정확한 표현이 없는데, 더 강력합니다.
만일 '이상한 쿼크'가 출현하면, 이들은 '이상한 물질'을 만들 수 있습니다.
'이상한 물질'은 아마도 가장 이상적인 상태의 물질일 것입니다.
완벽히 조밀하고, 완벽히 안정적이고, 불멸의 존재이죠.
우주의 다른 어떤 물질들보다 더욱 안정적입니다.
매우 안정적이라서, 중성자별 외부에서도 존재할 수 있을 정도입니다.
만일 이것이 사실이라면, 한가지 문제가 생깁니다.
이 물질은 아마도 전염성이 있을 겁니다.
이것과 접촉하는 모든 물질들이 이것의 안정성에 크게 영향을 받아서
그 즉시 똑같이 '이상한 물질'로 바뀌어 버릴 수도 있습니다.
양성자와 중성자가 해체되어 쿼크 욕조의 일부분으로 섞여 들어가
에너지를 해방시켜 더 많은 '이상한 물질'을 생성할 겁니다.
이것을 제거할 유일한 방법은 아마도 블랙홀에 던지는 것 뿐일 것입니다.
하지만 다시 말해, 뭐가 문제일까요?
그 모든 것은 중성자별 내부에 있습니다.
만일 중성자별이 다른 중성자별이나
블랙홀과 충돌한다고 가정하면,
그들의 내부에서 엄청나게 많은 양의 '이상한 방울'을,
즉 약간의 '이상한 물질'을 포함하고 있을 수 있는 작은 물방울들을 분출합니다.
'이상한 방울'은 중성자별의 핵만큼 밀도가 높습니다.
이 방울은 매우 작습니다. 아마도 심지어 원자보다도 더.
아마도 가장 큰 것조차도 로켓보다는 작을 것입니다.
이 '이상한 방울'들은 수백만 혹은 수십억 년 동안 은하를 가로질러 날아갈 것입니다.
우연히 별이나 행성과 만나게 될 때 까지 말이죠.
만약에 하나가 지구와 충돌한다면, 그 즉시 지구의 물질을 '이상한 물질'로 바꿔놓기 시작할 것입니다.
더 많이 변환시킬 수록, 더 커질 겁니다.
결국엔, 지구를 이루고 있던 모든 원자들이 바뀌고 말 겁니다.
지구는 소행성만한 크기의 뜨거운 '이상한 물질' 덩어리가 될 것입니다.
'이상한 방울'이 만일 태양과 충돌한다면, 붕괴되어 '이상한 별'이 되고 말 것이고
건조한 숲을 태우는 불처럼 태양을 잠식해 버릴 것입니다.
이는 태양의 질량은 변화시키지 않겠지만, 기존의 태양빛을 거의 잃어버리게 되어
지구는 얼어붙고 인류는 멸망하게 됩니다.
그리고, 마치 작은 바이러스처럼 우리는 '이상한 방울'이 다가오는 것을 관찰할 방법이 없습니다.
더욱 나쁜 사실은, 몇몇 이론에서 우리은하의 모든 별들보다 훨씬 더 많은 수의
'이상한 방울'들이 존재한다고 말한다는 것입니다.
이 '이상한 방울'들은 중성자별 핵 만큼이나 밀도와 온도가 높았던
빅뱅 이후의 매우 이른 시기에도 만들어졌을 수 있습니다.
이들은 우주가 팽창하고 발달해 옴에 따라서
은하의 중력에 이끌려 무리지어 다닐 것입니다.
'이상한 방울'들은 매우 많고 무거워서, 심지어는
은하들을 한데 묶어놓고 있는 것으로 추측되는 암흑물질의 진짜 정체일 수도 있습니다.
하지만 다시 말하자면, 아마 아닐 겁니다.
이는 그저 추측일 뿐이고, 지구와 태양과 행성들은
지난 수십억 년 동안 '이상한 방울'의 들불에 희생양이 되지 않았습니다.
그러니 그 이상한 일이 당분간은 절대 일어나지 않을 것이란 사실은 다행입니다.
이 이상한 물건을 이해하는 것은 오늘날 아마도 우리 우주의 탄생을 이해할 수 있고
왜 그것이 지금과 같은 모습으로 성장해 왔는지에 대한 실마리가 될 겁니다.
과학자들이 처음 자석과 전선을 가지고 전자(-)와 관련된 실험을 하기 시작했을 때,
그들은 백년 뒤에 이 기술이 어떻게 발전해 나갈지 몰랐죠.
오늘날 과학자들은 중성자별과 '이상한 물질'의 생성 원인에 대해 연구하고 있고
미래의 인류들에게 우리의 터무니없는 상상을 뛰어넘는 진리를 정립해 나갈 것입니다.
혹은, 실패할 수도 있죠.
그건 시간만이 알 것 입니다.
그러므로 비록 여러분이 우주의 종말을 보기 위해 기다리고 있다고 하더라도
아마도 여전히 그것에 대해 더 많은 것을 발견하길 원할 것입니다.
저희가 알려드릴 겁니다.
기사
.
번역자: Kurzgesagt – In a Nutshell
영상: Kurzgesagt – In a Nutshell
출처: https://www.youtube.com/watch?v=p_8yK2kmxoo
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