흑색왜성

1. 개요[편집]

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黑色矮星 / Black Dwarf

흑색왜성은 중소형 항성 최후의 단계라 생각되는 천체이다. 더 이상 자신을 불태워가며 주변에 빛을 내보낼 수 없이 그저 우주를 떠돌아다니기만 하므로, 이 단계까지 오면 더 이상 항성이라 보기도 어려우며 어마어마하게 응축된 암석괴에 가깝다.[2] 흑색 왜성은 핵융합이 굉장히 천천히 일어나므로, 기존에 만들어 두었던 에너지를 잃어가다가 끝내는 절대영도 직전[3]까지 온도가 떨어질 것으로 생각된다.

2. 상세[편집]

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현재까지는 이론상으로만 존재하는 별로, 백색왜성이 오랜 시간에 걸쳐 서서히 식어 주변 온도와 비슷하게 되면서 더 이상 빛이나 열을 내보낼 수 없는 상태가 된 것을 의미하는데, 이 상태가 되는 데만 해도 적어도 1000조 년, 최소 수백조 년[4]이 걸리기 때문에 고작(?) 138억 년 먹은[5] 현 우주에서는 흑색왜성이 존재하지 않을 것으로 추정된다.[6]

설령 있더라도 우주의 온도와 비슷하고 당연히 빛을 내지도 않고 크기마저 작아 존재 확인조차 어려울 것으로 생각된다. 그래도 발견 가능성이 있다면 크기는 행성급(질량에 반비례하여 지구~해왕성 정도)이지만 질량은 항성급이기에 중력으로 존재를 확인할 수 있을 것으로 추측해 볼 수 있지만 적어도 인류가 가까운 시일 내에 진출 가능한 우주공간에는 없다.

G형, K형[7], M형 항성[8]들의 종말 단계이지만 당장 G형 항성의 흑색왜성도 보기 힘들다.

흑색 왜성의 이후는 양성자 붕괴가 실존하는지 여부에 따라 달라진다. 양성자 붕괴가 존재하지 않는다면 흑색 왜성은 긴 시간에 걸쳐 양자 터널링 현상을 통해 순수한 철-56 동위원소로 이루어진 철 별이 된다. 양성자 붕괴가 존재한다면 철 별이 되기 전에 서서히 질량을 잃고 가스 행성과 비슷한 모습으로 변한 뒤[9] 마지막에는 수소 구름 형태가 되어 소멸한다.

만약 양성자 붕괴가 없다면, 흑색 왜성은 가장 질량이 높은 순서부터 차례대로 초신성 폭발하여 약 ¹⁰32000년[10]후면 태양 질량 1.2배가 넘는 모든 흑색 왜성이 폭발 할것이다. 이는 양자 터널링으로 인한 핵융합으로 밀도가 증가하여 찬드라세카르 한계 질량이 태양 질량의 1.44배에서 1.2배로 낮아지기 때문에 발생하는 현상이다. 이보다 가벼운 흑색 왜성들은 초신성을 일으키지 못하지만 <math>10^{10^{26}}</math>년 이상 지나면[11] 양자 터널링으로 인해 블랙홀로 붕괴하기 시작하여 <math>10^{10^{76}}</math>년이 지나면 완전한 블랙홀이 된다. 그리고 그 블랙홀 또한 아주 천천히 호킹 복사를 거쳐 붕괴되다가 <math>10^{10^{120}}</math>년이 지나면 완전히 소멸하고, 이 시점에 우주의 수명도 영원히 끝나게 된다.

추가적으로 관심이 있다면 M.E.Caplan의 Black Dwarf Supernova in the Far Future를 참고. 더 자세한 내용이 나와있다