우주는 반짝거리고 있는 수많은 별들로 가득합니다.
대부분의 별들이 우리에게서 광년 단위로 엄청나게 멀리 떨어져 있지만 아주 밝게 빛나고 있죠.
하지만 우주에는 지금까지 우리가 전혀 몰랐던 완전히 새로운 형태의 별이 숨어 있을지도 모릅니다.
이 새로운 별은 핵이 없고 투명하기 때문에 지금까지 과학자들에게 발견되지 않을 수 있었습니다.
물론 별이 투명하다는 이야기를 쉽게 받아들일 수 있는 사람은 그렇게 많지 않을 겁니다.
하지만 우주가 이러한 별들로 가득차 있을 것이라고 의심하는 과학자들이 점점 늘어나고 있습니다.
중력파는 우주에서 가장 강력한 사건에 의해 일어날 수 있는 시공간 구조의 물결입니다.
중력파가 발생되는 가장 유력한 원인으로는 블랙홀이나 중성자 별들의 충돌 등을 들 수 있죠.
과학자들은 2015년 이후 지금까지 약 50개 정도의 중력파를 감지했는데요.
그 중에서 가장 강력했던 중력파는 2019년 5월에 감지된 GW190521이라는 중력파입니다.
이 중력파는 각각 태양의 65배와 85배의 질량을 가지고 있는 두 블랙홀이 충돌하여 만들어졌습니다.
그리고 이 충돌로 인해 총 142개의 태양 질량을 가진 아주 희귀한 형태의 중간 질량 블랙홀이 탄생되었죠.
지금까지 100 ~ 1000개의 태양 질량을 가진 중간 질량 블랙홀은 단 한번도 발견된 적이 없었기 때문에 과학자들은 흥분을 감추지 못했었습니다.
그런데 여기에는 과학자들도 아직까지 풀지못한 중요한 문제가 하나 있습니다.
지금까지의 우주 모델에 따르면, 60 ~ 120개의 태양 질량 범위를 갖는 블랙홀은 만들어질 수 없다는 겁니다.
이 정도 질량의 블랙홀을 만들어낼 수 있는 별은 쌍불안정형 초신성이라는 강렬한 초신성을 겪게 되어 블랙홀조차 남기지 않고 완전히 사라지기 때문입니다.
또한 이렇게 거대한 별들이 쌍을 이룰 정도로 가까운 곳에서 태어나 둘다 블랙홀이 된다는 점도 사실 깔끔하게 설명되지 못했죠.
그런데 최근 과학자들은 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 가설을 발표했습니다.
이 중력파는 사실 보손 별(Boson Star)이라고 하는 두 별의 충돌에 의해 일어났다는 겁니다.
보손 별은 보손(Boson)이라고 하는 다양한 힘을 매개하는 아원자 입자로만 이루어져 있는 별을 말하는데요.
쉬운 예로 전자기력을 매개하는 광자나 질량을 매개하는 것으로 알려진 힉스 보손이 여기에 속합니다.
그리고 아직 가설의 단계에 있지만 중력이라는 힘을 매개하는 중력자도 보손에 속하는 입자입니다.
참고로 우리가 알고 있는 일반적인 별들은 모두 페르미온이라는 입자들로 구성되어 있습니다.
우리에게 익숙한 전자나 양성자, 중성자 등 대부분의 입자들이 이 페르미온에 포함되어 있죠.
보손과 페르미온의 가장 큰 차이점은 입자들이 서로 중첩될 수 있느냐 없느냐의 차이입니다.
페르미온은 절대로 중첩이 불가능하지만(파울리 베타 원리), 보손 입자들은 충분히 서로 충첩될 수 있습니다.
그리고 보손 입자들은 서로 모이게 되면 마치 하나의 입자처럼 행동할 수 있는 특징을 가지고 있는데요.
이는 실험에서 실제로 관측된 현상으로, 이를 가리켜 보스-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensate) 이라고 합니다.
그래서 보손 별은 일반 별들과 다르게 보손 입자들이 하나의 공간에 모여 압착될 수 있죠.
이렇게 보면 보손 별이 블랙홀과 비슷해 보이기도 하지만, 보손 별은 블랙홀처럼 어떠한 표면이나 사건의 지평선이 없고 또 다른 별들처럼 핵도 없기 때문에 투명한 상태에 가깝습니다.
즉, 보손 별은 보손 입자들로만 이루어져 있는 덩어리이며, 결정적으로 우리의 눈에 보이지 않는다는 특징을 가지고 있습니다.
그리고 또 한가지 보손 별은 믿을 수 없을 정도로 가볍습니다.
최근 과학자들은 시뮬레이션을 통해 보손 별의 충돌이 GW190521의 중력파와 비슷한 신호를 만들어 낸다는 것을 발견했습니다.
하지만 보손 별의 합병은 블랙홀보다 훨씬 약하기 때문에, 실제로 이들은 기존의 추정치 보다 훨씬 더 가깝고 훨신 더 거대할 것으로 추정되었습니다.
이는 중간 질량 블랙홀의 발견이 사실이 아니었다는 점을 우리에게 말해주는 결과이기도 했죠.
또한 보손 별은 기존의 블랙홀이 가지고 있던 질량과 관련된 문제도 깔끔하게 해결해 주었습니다.
사실 과학자들은 이 중력파를 설명하는데 있어서 보손 별이 블랙홀보다 훨씬 더 깔끔하다고 말하고 있습니다.
하지만 아직은 증거가 더 필요하기 때문에, 이를 입증하기 위해서 계속 연구가 계속 진행하고 있습니다.
만약 보손 별이 사실로 입증된다면 천문학계에 상당한 영향을 미치게 될 것으로 생각되고 있는데요.
대표적으로 우주의 커다란 미스터리인 암흑 물질의 비밀을 단번에 풀어줄 수 있을 것으로 기대되고 있기 때문입니다.
우주에는 우리 눈에 보이는 것보다 훨씬 더 많은 것들이 존재할 수 있음이 조금씩 드러나고 있습니다.
앞으로 우리는 별에 대한 기존의 생각을 바꿔야 할지도 모릅니다.
그렇게 되면 우리는 지금까지 보지 못했던 새로운 것들을 드디어 볼 수 있게 될 겁니다.
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