마이네임

각설탕 한 조각이 50억 톤이라는 말을 처음 들었을 때, 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 머릿속으로 아무리 상상해봐도 숫자가 몸에 닿지 않았습니다. 중성자별은 그런 천체입니다. 우주에서 블랙홀 다음으로 밀도가 높고, 반지름 13km짜리 공 안에 태양 질량의 1.4~2배를 욱여넣은 존재. 이 글은 그 극단적인 밀도가 어디서 오는지, 그리고 우리가 이것을 왜 알아야 하는지에 대한 이야기입니다. 중성자별의 밀도, 숫자가 감각을 이길 때 저는 평소 '무겁다'는 감각을 헬스장 덤벨이나 커다란 화강암 정도로 가늠해왔습니다. 그런데 중성자별의 밀도 수치를 처음 제대로 들여다봤을 때, 그 기준이 완전히 무너졌습니다. 1세제곱미터당 약 5.9×10¹⁷kg. 지구에서 가장 밀도가 높은 원소인 오스뮴(Osmium)보다 수십조 배 더 촘촘한 상태입니다. 오스뮴이란 원소 주기율표 76번 원소로, 현재 자연계에서 인간이 손으로 다룰 수 있는 물질 중 밀도가 가장 높은 금속입니다. 그걸 수십조 배 압도한다는 뜻이니, 숫자가 감각을 완전히 이겨버리는 순간이 옵니다. 제가 알고 있던 물질의 개념이 그 순간 무너졌습니다. 중성자별 표면의 중력은 지구 중력의 약 10¹¹배입니다. 탈출 속도(escape velocity)란 어떤 천체의 중력을 벗어나기 위해 필요한 최소 속도를 말하는데, 중성자별에서는 그 값이 초속 15만 km에 달합니다. 빛의 속도가 초속 약 30만 km이니, 빛이 겨우 절반 정도의 여유만 가지고 빠져나가는 셈입니다. 인류가 만든 그 어떤 강철이나 다이아몬드도 이 중력 앞에서는 원자 단위로 분해되고 말 것입니다. 이 극단적인 밀도를 가능하게 하는 것이 바로 중성자 축퇴압(neutron degeneracy pressure)입니다. 중성자 축퇴압이란 중성자들이 같은 양자 상태를 공유하지 못하도록 막는 힘으로, 이 힘이 없다면 중성자별은 즉시 블랙홀로 붕괴합니다. 양자역학의 파울리 배타 원리(Pauli exclusion principle)에서 비롯된 이 저...