천체 물리학 서론 정리(part4)

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천체 물리학 서론 정리(part4)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 우리은하
2. 성간물질과 별의 탄생
3. 별의 진화
4. 별의 죽음

본문내용

매우 낮다. 대략 정도이다.
갈색왜성의 에너지원은 중력수축 에너지로 갈색왜성은 핵융합을 하지 못하기 때문에 핵융합을 통한 막대한 에너지를 낼 수 없으며, 오로지 중력수축으로 적은 양의 에너지만 방출하게 된다.
중성자별
중성자별은 별의 잔해의 질량이 1.44M 이상일 경우, 전자 축퇴압이 중력을 지탱하지 못함으로써 발생한다. 보통 중성자별의 밀도는 정도이며, 백색
왜성과 마찬가지로 질량이 클수록 반지름은 작아진다. 중성자별의 질량
상한값은 3M정도이다.
중성자별의 지름은 보통 수십 km정도에 불과하다. 하지만 굉장히 고밀도이며, 유체상태이다. 중성자, 전자와 양성자로 이루어진 대기가 존재하며, 원자의 대부분은 철(Fe)이다. 그 아래는 유체상태의 양성자, 중성자, 전자가 존재하며, 내부는 Hyperons(중핵자), Pion(중간자 혹은 π), Quark(쿼크) 등의 전자, 중성자, 양성자를 구성하는 물질들이 분해된 상태의 굉장히 고밀도의 물질이 존재한다.
펄서(Pulsar)
펄서는 맥동전파원(脈動電波源)이라고도 불리며, 고도로 자기화된, 관측 가능한 전파의 형태로 전자기파의 광선을 뿜는 자전하는 중성자별이다. 펄서를 표시하는 기호 PSR은 맥동전파원의 약자이다. 펄서는 1.5 ~ 8.5ms 주기로 광선을 방출하는데, 우리는 펄서의 복사활동을 항상 관측할 수는 없고 펄서의 복사광선이 지구를 향할 때만 관측할 수 있다. 이러한 펄서의 활동을 등대효과라고 부른다. 중성자별들은 매우 밀도가 높은 천체이기 때문에 자전주기와 그로 인한 맥동이 매우 규칙적이다. 중성자별은 세기와 형태가 개별 맥동마다 달라지며, 맥동의 주기는 규칙적으로 시간이 지남에 따라 증가한다.
펄서는 대부분 은하의 적도지역에 존재
한다. 펄서의 활동을 설명하는 이론으로
등대모형(lighthouse model)이 있다. 등
대모형은 자기장을 띤 회전하는 중성자별
은 고밀도이며 빠른 회전을 하기 때문에
쌍극자기장이 회전에너지를 전자기 에너지로 전
환한다. [그림 37]을 보면, 중성자별은 회전축
과 자기축이 일치하지 않는다. 중성자별은 회전
축(Rotation Axis)을 중심으로 굉장히 빠르게 자
전하지만, 빠른 자전을 통해서 얻은 회전에너지
는 강력한 자기력선(Magnetic field lines)을 따
라 전자기 에너지로 전환되고 이는 자기축
(Magnetic Axis)의 양 극단에서 하전입자들이
빛의 속도에 가깝게 가속되어 싱크로트론 복사
의 제트로써 방출된다. 여기서 펄서의 회전은
강한 자기장에 의해 전기장이 유도 되어서 생긴
것이다. 이러한 등대모형은 자기장을 띠는 회전
하는 중성자별(펄서)의 정확한 주기유지를 설명
하는 모델이다.
중성자별의 맥동 주기는 중성자별의 회전주기와 같다. 맥동의 지속시간은 복사 영역의 크기로 결정하며, 자기장 내에서 입자의 가속 및 회전은 펄서의 회전을 점차 느리게 만든다.
우리는 펄서의 크기(R)를 알고 회전속도(v)를 알면, 펄서의 최소 질량을 구할 수 있다.
추가로, 중성자별의 최소밀도는 별의 질량을 꼭 구하지 않더라도 중성자별의 회전주기(P)만 알면 구할 수 있다.
밀리세컨드 펄서(Millisecond Pulsar)
밀리세컨드 펄서는 굉장히 빠른 펄서이다. 하지만, 자기장의 세기는 약하다. 밀리세컨드 펄서는 회전주기가 굉장히 빠르기 때문에 회전주기가 굉장히 규칙적이다. 이는, 보통의 펄서가 매우 빠른 자전 감속을 보이는 것과 대조를 이룬다. 하지만, 밀리세컨드 펄서는 보통 펄서보다 1000배 이상 약한 자기장을 보유한다.
밀리세컨드 펄서는 쌍성계에서 부활한 펄서로 동반성이 적색거성이 되면, 동반성으로부터 질량을 유입 받아 강착원반을 형성하게 되며, 이는 다시 펄서의 회전을 촉진 시켜 펄서가 부활된다.
블랙홀
블랙홀은 중력이 매우 커서 빛조차 빠져나오지 못하는 시공간 영역이다. 백색왜성의 경우에는 원자의 구조가 유지될 수 있으며, 중성자별의 경우에는 전자와 양성자의 역베타 붕괴로 인하여 만들어진 중성자의 구조가 유지될 수 있다. 하지만, 블랙홀의 경우에는 어떤 물질의 구조도 유지될 수 없다. 블랙홀이 되기 위한 최소 질량은 3M이다.
블랙홀의 반지름은 다음과 같은 식을 통해서 구할 수 있다. 먼저, 블랙홀에서 빛은 빠져나오지 못한다고 가정을 하고, 운동에너지와 위치에너지가 같다고 놓고 식을 세울 수 있다.
슈바르트-쉴트 반지름은 태양질량 기준으로 식을 고치면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
블랙홀의 시공간
블랙홀로부터 가까워질수록 조석력이 강하게
작용하여 물체가 길게 늘어져 찢어진다. 만
약, 블랙홀로 떨어지는 물체가 빛을 방출했다
면, 이 빛은 무한대의 적색이동을 겪게 되고
이 빛이 우리 눈에 다다르는 데에는 무한대의
시간이 소요된다. [그림 39]에서 위쪽의 어두
운 부분은 미래의 영역이며, 아래쪽은 과거의
영역이다. 우리는 현재의 시공간에 살고 있으
며, 블랙홀에 빠진 물체는 초록색 화살표를
따라 사건의 지평선에 도달하게 되며, 이 사
건의 지평선은 슈바르트-쉴트 반지름에 해당
되는 영역이다. 또한 우주선에서 나오는 빛은
파란색 실선을 따라 간다. 우주선이 사건의 지평선(Event horizon)에 도달하기 전에 방출한 빛은 검은색 포물선 안에 들어가므로 우리 눈에 볼 수 있다. 하지만, 사건의 지평선에 도달 후에 방출된 빛은 무한히 우리 눈에 들어오지 않는다. 왼쪽 Exterior영역은 현재의 시공간의 거울 영상이며, 아래쪽은 과거의 영역이다. 여기서 아래 부분의 검은 영역에서 보낸 빛은 우리의 영역으로 도달이 가능하다. 우리는 이 영역을 화이트홀이라고 한다.
블랙홀의 관측
블랙홀은 눈으로 관측이 불가능하기 때문에 다른 천체와 상호작용하는 현상을 검출한다. 물질들이 블랙홀에 유입되면 운동에너지와 온도가 증가하게 되며, 이온화되고 전자기 복사를 방출하게 된다. 블랙홀로 성간물질이나 별 등이 유입되면 강착원반이 형성된다.
쌍성계에서 블랙홀은 X-선원으로써 보이지 않지만, 동반성으로부터 물질이 유입될 경우, 엑스선 광도를 낼 수 있다. 반지름이 R이고 질량이 M인 블랙홀에 의 비율로 물질이 유입된다고 가정하자. 이럴 경우,

키워드

블랙홀과 중성자별,   백색왜성,   행성상 성운,   강착원반,   별의 탄생과 죽음,   별의 진화,   맥동 변광성,   포그슨 방정식,   주계열 맞추기,   천체물리학서론