기묘 항성

기묘성(strange star) 또는 기묘 쿼크별(strange quark star)은 기묘 물질로 이루어진 쿼크별의 일종으로, 가상의 조밀 천체이다.

기묘 쿼크 물질은 일반적인 쿼크 물질과 마찬가지로 중성자별의 중심부에서 형성되어 안정적으로 유지될 수 있으므로, 기묘성은 온도와 압력이 거의 영(0)인 상태에서의 안정성에 관한 보드머-위튼 가설과 상관없이 존재할 수도 있다. 이러한 기묘성은 자연스럽게 중성자 물질로 된 지각층을 갖게 된다. 지각층의 깊이는 별 전체의 물리적 조건과 상황, 그리고 기묘 쿼크 물질의 일반적인 특성에 따라 달라진다. 기묘 쿼크 물질을 포함하여 부분적으로 쿼크 물질로 이루어진 항성은 혼합성(hybrid star)이라고도 불린다.

기묘성 지각층의 붕괴는 고속 전파 폭발의 제안된 원인 중 하나이다.

 이론적 설명 

중성자별은 별의 붕괴가 매우 강력한 힘으로 일어나 중력이 양성자와 전자 같은 아원자 입자들을 강제로 결합시켜 전하가 중성인 중성자 입자로 만들고, 이 과정에서 중성미자를 쏟아낼 때 형성된다. 결과적으로 생성된 중성 핵이 형태를 유지하고 블랙홀로 붕괴하지 않는다면, 거의 전적으로 전하가 없는 입자로 구성된 믿을 수 없을 정도로 밀도가 높은 천체가 탄생한다.

양성자와 중성자는 세 개의 쿼크로 구성되어 있다. 양성자는 두 개의 위 쿼크와 한 개의 아래 쿼크로, 중성자는 두 개의 아래 쿼크와 한 개의 위 쿼크로 이루어진다. 중성자별 내부의 조건이 매우 극단적이어서 아원자 입자가 용해되어 구성 쿼크들을 자유 입자로 남기는 강입자 해체(deconfinement) 현상이 발생한다는 가설이 있다. 그러면 온도와 압력으로 인해 이 쿼크들이 서로 압착되어 쿼크 물질이라고 불리는 가상의 물질의 상태를 형성하게 된다. 만약 이런 일이 발생하면 중성자별은 "쿼크별"이 된다. 압력이 충분히 크면 쿼크는 더 큰 영향을 받아 기묘 쿼크로 변할 수 있으며, 이것이 다른 "기묘하지 않은" 쿼크들과 상호작용하여 기묘 물질을 형성하게 된다. 이렇게 되면 쿼크별은 기묘성이 된다.

 특징 
기묘 쿼크 물질에 대한 초기 연구에서는 이것이 균질한 액체일 것이라고 시사했으나, 다른 모델에서는 음전하를 띤 전자 가스에 양전하를 띤 "기묘 쿼크 덩어리(strange quark nuggets)"가 박혀 있는 불균질한 대안을 제시한다. 이러한 구조는 별의 외부 전기장과 밀도 변화를 이전의 이론적 예상치보다 감소시키며, 결과적으로 이러한 별들은 일반적인 중성자별과 거의 구별할 수 없게 보인다.

다른 이론적 연구는 다음과 같이 주장한다.

원래 연구에서 생략되었던 표면장력 및 전기력과 같은 주요 매개변수를 고려한 결과, 표면장력이 낮은 임계값 아래에 있는 한 대형 기묘체는 실제로 파편화에 취약하며, 기묘성은 중성자별의 지각과 유사한 복잡한 기묘체 지각을 자연스럽게 갖게 된다는 것을 보여준다.

 지각 붕괴 
기묘성의 지각이 붕괴하려면 어떤 형태로든 주변 환경으로부터 물질을 강착해야 한다.

물질이 아주 적은 양이라도 방출되면 별의 지각에 연쇄적인 영향을 미친다. 이는 붕괴 단계의 초기 단계에서 전자-양전자 쌍뿐만 아니라 거대한 자기 에너지의 방출을 초래하는 것으로 생각된다. 이 짧은 시간 동안의 고에너지 입자와 자기 에너지의 방출은 기묘성 물질의 초기 분비로 인해 생성된 증가된 자기 에너지로 인해 새로 방출된 전자-양전자 쌍이 기묘성의 극지방으로 향하게 만든다. 이러한 전자-양전자 쌍이 별의 극지방으로 향하게 되면 상대론적 속도로 방출되는데, 이것이 고속 전파 폭발의 원인 중 하나로 제안되었다.

 원시 기묘성 
이론적 조사에 따르면 쿼크별은 중성자별과 강력한 초신성으로부터 만들어질 수 있을 뿐만 아니라, 가상의 원시 블랙홀과 유사하게 대폭발 이후 초기 우주의 위상 분리 과정에서 생성되었을 수도 있다.

이러한 원시 쿼크별이 초기 우주의 외부 온도와 압력 조건으로 인해 불안정해지기 전에 기묘 쿼크 물질로 변할 수 있다면, 보드머-위튼 가설이 참일 경우 안정해질 수 있다. 이러한 원시 기묘성들은 오늘날까지 살아남아 있을 수 있다.

 기묘 왜성 
가상의 기묘 쿼크 왜성은 기묘 쿼크 핵을 가진 백색왜성이다. 일부 연구는 이러한 천체가 안정적일 것이라고 예측하는 반면, 다른 연구는 불안정성을 예측한다. 40,000개의 백색왜성에 대한 질량-반지름 관계를 조사한 한 연구에서는 크기가 훨씬 작고 기묘 왜성에 대한 예측과 일치하는 8개의 예외 사례를 발견했다.

 같이 보기 
 항성분류
 이종성 (별)

 각주 

 더 읽어보기 
  – 원본 과학 논문 출처
  – 해당 과학 논문의 단순 요약본.

분류:쿼크별
분류:별난 물질