중성자별 한 티스푼의 무게는 얼마일까?

2,000,000,000톤4.41 × 10¹²lb

5ml짜리 티스푼 하나에 담은 중성자별은 약 20억 톤이에요. 잰 값이 아니라 저희 추정치예요. 보통 중성자별은 태양 1.4개 분량을 지름 약 24km짜리 공에 담고 있어요. 얇은 지각의 물질이라면 훨씬 가볍고, 중심핵의 물질이라면 최대 두 배쯤 무거워요.

다른 물건과 비교하면

중성자별 한 티스푼의 무게

깊은 중심핵에서 뜬다면1m³당 약 800조 kg으로 추정, 중심핵은 아무도 확실히 몰라요	4,000,000,000톤8.82 × 10¹²lb
PSR J0740+6620의 평균알려진 가장 무거운 중성자별: 태양 2.1개, 지름 약 24.8km	2,600,000,000톤5.73 × 10¹²lb
PSR J0437-4715의 평균태양 1.42개, 반지름 11.4km (NICER, 2024)	2,300,000,000톤5.07 × 10¹²lb
저희 추정치, 보통 중성자별반지름 12km에 태양 1.4개, 반올림 전 19억 톤	2,000,000,000톤4.41 × 10¹²lb
PSR J0030+0451의 평균태양 1.4개, 지름 약 26km (NICER, 2019)	1,500,000,000톤3.31 × 10¹²lb
바깥 지각에서 뜬다면1m³당 약 10억 kg	5톤11,000lb

이 숫자는 어디서 나왔을까?

중성자별 물질을 실제로 떠 온 사람은 없으니, 이 수치는 측정된 별들로 계산한 저희 추정치예요. 국제우주정거장에 있는 NASA의 X선 망원경 NICER는 질량이 태양의 약 1.4배이고 반지름이 약 11~13km인 중성자별들을 측정했어요. 저희는 태양 질량 1.4배, 반지름 12km, 즉 지름 약 24km짜리 공으로 계산했어요.

계산은 이래요. 1.4 × 1.989 × 10³⁰kg은 약 2.8 × 10³⁰kg이에요. 반지름 12,000m인 구의 부피는 4/3 × π × 12,000³, 약 7.2조 m³예요. 질량을 부피로 나누면 평균 밀도는 1m³당 약 385조 kg이에요. 5ml짜리 티스푼은 0.000005m³이니 약 19억 톤이 담기고, 반올림해서 20억 톤이에요.

NASA는 더 크게 어림해서, 중성자별 물질 한 티스푼이 지구에서 10억 톤쯤 나간다고 해요. 별의 더 깊은 곳에서 나온 더 빽빽한 물질을 가정해 50억~60억 톤까지 말하는 대중적인 수치도 있어요. 규모는 모두 같아요. 숟가락 하나에 수십억 톤이에요.

지각일까, 중심핵일까?

중성자별은 처음부터 끝까지 밀도가 같지 않아요. 깊이 들어갈수록 밀도가 높아져서, 지각에서는 1m³당 약 10억 kg이고 중심핵에서는 1m³당 600조~800조 kg으로 추정돼요. 지각에서 뜬 한 티스푼은 약 5톤밖에 안 되고, 중심핵에서 뜬 한 티스푼은 30억~40억 톤이에요.

평균 밀도는 원자핵의 밀도와 비슷해요. 중심핵이 무엇으로 되어 있는지는 아직 풀리지 않은 문제예요. NASA는 평범한 중성자와 양성자로 된 모델과, 중심핵의 일부가 쿼크로 된 특이한 물질이라는 모델을 함께 소개해요. 이걸 밝혀내는 게 NICER의 주된 목표예요.

별마다 다른 한 숟가락

중성자별이 다 똑같지는 않고, 부피는 반지름의 세제곱으로 늘어나니 반지름이 아주 중요해요. 약 510광년 떨어진 가장 가까운 밀리초 펄서 PSR J0437-4715는 반지름 11.4km에 태양 질량 1.42배라, 1m³당 약 460조 kg, 티스푼 하나에 23억 톤이에요.

PSR J0030+0451은 질량은 거의 같지만 지름이 약 26km로 측정돼서, 평균 한 숟가락이 약 15억 톤으로 더 가벼워요. 알려진 가장 무거운 중성자별인 PSR J0740+6620은 태양 질량 약 2.1배에 지름 약 24.8km라 약 26억 톤이 나와요. 이 크기들에는 몇 % 이상의 오차가 있고, 반지름을 세제곱하기 때문에 밀도의 오차는 세 배쯤 더 커요.