과학자들이 예측한 우주의 마지막, 흑색 왜성의 폭발

모든 것에는 시작과 끝이 있습니다. 우주라고 해서 예외가 될 수는 없죠.

정말 우주에도 결말이 있다면 과연 우주의 마지막은 어떠한 모습일까요?

아마도 우주는 아주 어둡고 쓸쓸한 최후를 맞이하게 될 겁니다.

과학자들은 우주의 마지막에는 흑색 왜성(Dark dwarf star)들이 폭발하게 되면서 막을 내리게 될 것으로 예측 했는데요.

이 어두운 별들은 우주의 대부분의 것들이 사라지고 난 후에 폭발하게 될 겁니다.

 

 

우주는 어떻게 끝나게 될까요?

지금까지 과학자들은 우주의 마지막에 대한 다양한 가설들을 만들어 냈습니다.

그중에서도 가장 많은 지지를 받고 있는 가설이 바로 "열 죽음(Heat death)"이라는 가설입니다.

우주가 계속 팽창하게 되면 새로운 별을 만드는데 필요한 가스 등의 물질이 부족해 집니다.

결국 더 이상 우주에서 새로운 별이 만들어지지 않게 되죠.

그 이후, 기존의 별들은 블랙홀, 중성자 별, 백색 왜성 등이 되어 서서히 죽어가게 됩니다.

이것이 과학자들이 설명하는 우주의 열죽음 가설입니다.

최근에 과학자들은 열죽음에서 가장 마지막까지 활동하게될 천체로 백색 왜성을 뽑았습니다.

그리고 백색 왜성이 열죽음 이후에 어떠한 일들을 겪게 될지에 대해서 연구를 진행했죠.

일반적으로 백색 왜성은 독립적으로 초신성 과정을 겪지 않습니다.

대신에 백색 왜성은 수백억 년 동안 서서히 줄어들어 더 이상 빛이나 열을 방출하지 않는 "흑색 왜성"으로 변화될 수 있습니다.

흑색 왜성은 지구 정도의 크기를 가지고 있지만, 질량은 태양에 필적하는 아직은 가설의 단계에 있는 천체인데요.

이 별의 중심에는 열이 거의 없기 때문에, 태양보다 훨씬 느린 속도로 핵 융합이 진행됩니다.

이것은 흑색 왜성의 중심에서 양자 터널링(quantum tunnelling)이라는 현상이 일어나기 때문입니다.

양자 터널링을 통한 핵 반응은 아주 오랜 시간에 걸쳐 천천히 별의 내부에 철을 축적하게 만들죠.

이렇게 충분한 철이 모이게 되면 바깥으로 밀어내는 힘이 더 강해져 마치 초신성처럼 아주 빠르게 폭발하게 됩니다.

중력은 물질을 끌어당기지만, 어느 한계점을 넘어서게 되면 밖으로 일어내기 때문입니다.

태양과 같은 온도가 높은 별들은 핵이 튕겨져 나가 서로 부딪치고 융합될 수 있는 가능성이 높지만, 흑색 왜성은 이러한 열핵반응이 일으날 수 있을 정도의 에너지가 없습니다.

그래서 흑색 왜성의 핵은 자발적으로 융합될 가능성이 매우 낮고, 일반적으로 쿨롱 장벽(coulomb barrier)을 통과하여 핵반응을 일으킬 수 있는 가능성이 있는 겁니다.

쿨롱 장벽은 두 원자핵이 핵융합을 일으킬 정도로 가까워지기 위해 극복해야만 하는 정전기력이라고 할 수 있는데요.

원자핵들은 이들을 구성하는 핵자(양성자, 중성자)를 구속하는 장벽(핵력, 포텐셜 장벽)보다 낮은 에너지를 가지고 있지만 확률적으로 이 장벽을 뚫고 원자 밖으로 튀어나갈 수 있습니다.

이것을 양자 터널링이라고 하며, 이것을 시작으로 확률적으로 핵융합이 일어날 수 있습니다.

하지만 흑색 왜성에서 이러한 핵반응이 일어나려면 아주 오랜 시간이 걸리게 되는데요.

과학자들은 흑색 왜성의 폭발이 지금으로부터 약 10^32,000 년 후에 일어날 수 있을 것으로 예측했습니다.

이 숫자를 풀어쓰면 얇은 책 한권을 만들 수 있을 정도로 상상하기 어려운 긴 시간이라고 할 수 있죠.

어쩌면 하나의 핵 융합이 일어나기 위해서는 백만 년 이상이 걸릴 수도 있을 겁니다.

하지만 어쨋든 초신성은 일어나게 되며, 흑색 왜성의 폭발은 우주에서 일어나는 마지막 천문학적 현상이 될 겁니다.

물론 모든 흑색 왜성들이 이러한 폭발을 겪게 되는 것은 아닙니다.

대략 1.2 ~ 1.4배의 태양 질량을 가지고 있는 무거운 종류의 흑색 왜성이 여기에 해당됩니다.

어째든 이 흑색 왜성의 폭발을 마지막으로 우주에서 일어나는 천체의 활동은 모두 끝납니다.

그렇게 강력한 위용을 뽐내던 블랙홀들도 모두 증발되어 사라져 버렸죠.

그리고 우주의 모든 은하들도 완전히 와해되어 뿔뿔이 흩어져 버렸습니다.

그나마 남아있는 죽은 천체들은 우주의 팽창에 의해 보이지 않을 만큼 까마득히 멀어진 상태입니다.

정말 너무나도 멀어서 빛조차 도달하는게 불가능할 정도가 되었죠.

이제 우주는 차갑고 어두운 텅빈 공간에서 아주 지루한 시간만을 하염없이 보내야만 합니다.

우주에게 남겨진 것은 이제 외로움과 고독일 뿐입니다.

모든 것에는 끝이 있다고 했는데 이 고독에도 과연 끝이 있는 걸까요?

 

 

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