별들의 삶과 죽음

코스모스 Ch9. 해설

이번 챕터에서는 우리와 가장 가까운 별, ‘태양’에 대한 이야기로 시작해보겠습니다.

태양의 구조

앞선 챕터에서 별의 조건 3가지에 대해서 말했던 적이 있는데요, 그 중에 가장 중요한 것은 ‘내부에서 핵융합을 하고 있는가’입니다.

별은 살아있는 동안 가장 안쪽의 핵(코어)이라는 부분에서 핵융합을 합니다. 이 핵융합이 시작되는 순간이 별의 탄생이고, 핵융합이 끝나는 순간이 별의 죽음이지요.

별에서 나타나는 여러가지 부차적인 구조 (태양의 흑점, 채층, 광구, 코로나 등)는 바로 이 핵융합으로부터 만들어진 열과 빛이 다양한 기작으로 방출되면서 만들어지는 구조입니다.

태양의 흑점

태양의 구조 중에서 ‘흑점’에 대해 한 번 살펴보겠습니다.

흑점은 이름 그대로 검은 점인데요, 태양 표면에서 다른 부분보다 온도가 약 1,000~2,000도 가량 낮기 때문에 어둡게 보이는 구간입니다.

흑점이 많다는 것은 그만큼 태양의 에너지가 불균형하게 왔다갔다 한다는 의미고, 태양이 더 많은 활동을 활발하게 하고 있는 시기라는 뜻입니다. 태양의 흑점은 약 11년을 주기로 많아졌다 적어졌다를 반복하는데요.

태양의 활동이 활발해질수록 지구에서는 더 많은 오로라를 관측할 수 있기 때문에, 천문학자들은 태양의 흑점을 관측하며 오로라 현상을 예측해보기도 합니다.

별의 일생

별의 일생은 어떻게 보면 정말 불공평합니다. 태어나는 순간, 죽을 때까지의 운명이 결정되기 때문이죠.

별의 일생을 결정짓는 가장 중요한 요인은 ‘질량’입니다.

질량이 크다는 것은 더 큰 중력이 작용하고 있다는 것을 뜻합니다. 별을 이루는 물질이 더 강하게 안쪽으로 모이는 힘이 있다는 뜻이고, 더 센 중력으로 밀집된 입자들이 더 많은 에너지를 가지고 핵융합을 할 수 있다는 뜻이죠.

태양과 비슷한 질량을 가진 별들은 핵융합을 마치고 나면, 겉은 점점 크게 부풀어 오르고, 안쪽 핵은 점점 수축해서 각각 행성상성운과 백색왜성이라는 천체가 됩니다.

행성상 성운은 아래 그림처럼, 별을 이루고 있던 물질 중 바깥 부분이 천천히 우주 공간으로 퍼져 나가는 모습을 말합니다.

많이들 들어보셨을 초신성 폭발, 블랙홀, 줃성자별은 태양보다 좀 더 무거운 별이 죽을 때 나타나는 현상입니다.

중성자별과 블랙홀은 뒤에서 다뤄보도록 하고, 이번 챕터에서는 초신성에 대해서 이야기해볼게요!

우리는 모두 별에서 온 존재다?

우리는 가장 근본적 의미에서 코스모스의 자녀들이다.

-p. 477, 코스모스(칼 세이건)

별은 일생동안 핵융합을 통해 많은 원소를 합성합니다.

대표적으로 수소 → 헬륨, 탄소 → 질소가 되는 반응 등이 있지요.

그러나 별에서 합성할 수 있는 원소는 기껏해야 원자번호 29번인 철(Fe) 까지입니다.

하지만 인간의 몸 뿐만 아니라 지구에는 원자번호 29번보다 훨씬 무거운 수많은 원소들이 있습니다. 이 원소는 어떻게 만들어질까요?

바로 초신성 폭발입니다!

초신성이 폭발하면서 순간적으로 만들어지는 고온, 고압의 환경에서는 아주 무거운 원소들도 합성될 수 있습니다.

별의 죽음이 만들어낸 조각으로 구성된 우리, 그래서 우리가 별의 후손이라고 부르는 것이 아닐까요?

베텔게우스, 곧 폭발한다?

겨울철 별자리 중 하나인 오리온 자리에는 ‘베텔게우스(Betelgeuse)’라는 별이 있습니다.

오리온의 어깨에 해당하는 붉은 별이죠.

출처 : NASA Science

2020년에 한창 베텔게우스가 초신성 폭발할지도 모른다는 주장이 제기되었습니다.

베텔게우스는 주기적으로 에너지를 방출하며 밝기가 변하는 현상을 보였는데, 2020년 경에 특이하게 별빛의 세기가 크게 감소했던 일이 있었습니다.

천문학자들은 이것이 베텔게우스가 곧(아마도 100년 안에..?) 폭발할지도 모른다는 의미일 수도 있다고 경고합니다.

별이 폭발하기 직전에 어떻게 행동하는지는 누구도 알지 못한다. 일각에서 베텔게우스가 초신성이 될 준비가 됐다는 불길한 예측이 나오기도 하지만 우리가 살아있는 동안에는 폭발하지 않을 가능성이 더 크다. 그러나 누가 장담할 수 있겠냐.

- 안드레아 듀프리(CfA소속)

사실, 초신성 폭발이 일어나기 전에 정확히 어떤 일이 일어나는지, 그 시기는 언제일지를 정확히 예측하기는 어렵습니다.

하지만 최근 JWST(제임스 웹 우주망원경)은 초신성 폭발 직전에 물질을 사방으로 내뿜고 있는 것으로 추정되는 천체를 촬영했습니다.

Wolf-Rayet 124, JWST

What if 초신성이 폭발한다면?

→ 몇 일 ~ 몇 주 동안 밝게 빛나는 별을 하늘에서 관측할 수 있습니다. 태양보다 밝아서 낮에도 관측할 수 있을지도 몰라요.

→ 초신성 폭발을 처음 관측한 천문대에서는 전세계 천문대에 긴급 콜을 때려서, 전세계 모든 천문대 망원경이 초신성 폭발을 우선적으로 관측합니다. 그 만큼 실제로 보기 힘든 현상이기 때문이죠.

마무리하며…

사실 이번 챕터에서는 하고 싶은 이야기가 너무 많았지만 저의 시간과 분량의 한계로 많이 압축할 수 밖에 없었답니다 ㅠㅠ

혹시 더 궁금한 점이 있으시다면 댓글로 남겨주세요!

그럼 다음에 또 만나요~! �