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엑사뉴턴(ExaNewton, EN)은 힘(force)의 단위로, SI 단위계에서 사용하는 뉴턴(N, Newton)의 \(10^{18}\)배에 해당하는 매우 큰 힘을 나타냅니다. 1 엑사뉴턴은 \(1 \, \text{EN} = 10^{18} \, \text{N}\)으로 정의됩니다.
1. 태양과 지구 사이의 중력
태양과 지구는 중력에 의해 서로를 당기고 있습니다. 이 힘을 계산하기 위해 뉴턴의 중력 법칙을 사용합니다.
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
- \(G = 6.674 \times 10^{-11} \, \text{Nm}^2/\text{kg}^2\) (중력 상수)
- \(m_1 = 1.989 \times 10^{30} \, \text{kg}\) (태양의 질량)
- \(m_2 = 5.972 \times 10^{24} \, \text{kg}\) (지구의 질량)
- \(r = 1.496 \times 10^{11} \, \text{m}\) (태양과 지구 사이의 평균 거리)
계산하면
\[ F = 6.674 \times 10^{-11} \frac{(1.989 \times 10^{30})(5.972 \times 10^{24})}{(1.496 \times 10^{11})^2} \]
\[ F \approx 3.54 \times 10^{22} \, \text{N} \]
이는 약 \(35.4 \, \text{EN}\)에 해당합니다.
2. 초대질량 블랙홀의 중력
초대질량 블랙홀은 태양 질량의 수백만 배에 달하는 질량을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 우리 은하 중심의 궁수자리 A* 블랙홀의 질량은 약 \(4.1 \times 10^6\) 태양질량입니다. 이 블랙홀이 근처 천체에 미치는 중력은 다음과 같은 식으로 계산됩니다. 다음은 초대질량 블랙홀의 예시를 표로 정리한 것입니다.
| 이름 | 질량 (태양질량) |
특징 |
| 궁수자리 A* | \(4.1 \times 10^6\) | 우리 은하 중심에 위치. 전파 및 적외선 관측으로 연구됨. |
| M87 블랙홀 | \(6.5 \times 10^9\) | 2019년 Event Horizon Telescope로 그림자가 촬영된 첫 블랙홀. |
| TON 618 | \(6.6 \times 10^{10}\) | 관측된 초대질량 블랙홀 중 가장 큰 질량 중 하나 밝은 퀘이사와 연관됨. |
| NGC 1277 블랙홀 | \(1.7 \times 10^{10}\) | 은하 자체의 질량에 비해 상대적으로 매우 큰 블랙홀을 포함함. |
| 사이퍼스 A 블랙홀 | \(2.7 \times 10^9\) | 매우 강한 전파 방출로 유명 초대질량 블랙홀로 인한 제트 관찰 가능. |
이 표는 블랙홀의 이름, 위치한 은하, 대략적인 질량(태양 질량의 배수), 거리, 그리고 특징을 포함합니다. 이 중 가장 유명한 예는 2019년 처음 이미지화된 M87 블랙홀과 우리 은하 중심의 궁수자리 A* 블랙홀입니다.
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
이런 계산 결과는 일반적으로 주변의 물체와 인력이 수백 엑사뉴턴 이상의 값이 나옵니다.
3. 중성자별 표면의 중력
중성자별은 매우 밀도가 높은 천체로, 지구와 비슷한 크기지만 태양 질량에 가까운 질량을 가지고 있습니다. 중성자별의 표면에서 물체에 작용하는 힘은 다음과 같이 계산됩니다. 아래 표는 대표적인 중성자별을 정리한 내용입니다.
| 이름 | 질량 (태양질량) |
특징 |
| PSR B1919+21 | \(1.4 \, M_\odot\) | 최초로 발견된 펄사(1967년 발견). 전파 신호로 중성자별 존재를 확인. |
| Vela 펄사 | \(1.4 \, M_\odot\) | 매우 빠르게 회전하며 강력한 엑스선 및 감마선 방출. |
| Crab 펄사 | \(1.4 \, M_\odot\) | 초신성 폭발 잔해에서 형성된 대표적인 중성자별. 초당 30회 회전. |
| PSR J1748-2446ad | \(1.4 \, M_\odot\) | 초당 716회 회전, 가장 빠르게 회전하는 중성자별로 기록됨. |
| RX J1856.5-3754 | \(1.2 \, M_\odot\) | 매우 가까운 거리에 위치한 중성자별 표면을 관찰 가능한 몇 안 되는 사례 중 하나. |
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
이 경우, 계산된 힘은 \(10^{11} \sim 10^{12} \, \text{N}\) 수준이며, 상호작용 상황에서는 엑사뉴턴 단위로 표현될 수 있습니다.
4. 마무리
엑사뉴턴(ExaNewton, EN)은 매우 큰 힘의 단위로, 천문학과 이론물리학에서 태양과 지구 사이의 중력이나 초대질량 블랙홀의 상호작용 같은 거대한 규모의 현상을 표현하는 데 사용됩니다. 이 단위는 우주의 거대한 힘과 에너지를 이해하고 탐구하며, 과학과 기술의 경계를 확장하는 데 기여합니다.