스타탄생과 소멸~ 이 제목을 읽는 독자에게 스타 탄생은 유명 스타 연예인 이야기가 아닐까 하고 들어왔을지도 모른다. 하지만 스타가 탄생하고 소멸하는 이야기는 연예계 세상속에서도 이루어 지듯, 진짜 별에도 탄생과 소멸 과정을 친근하게 과학이야기로 접근해볼 수 도 있다.
 


 
얼마전 초신성을 관찰할 수 있는 기회가 찾아왔다. 이는 약 40년 만에 일반인도 작은 망원경이나 쌍안경 등으로 우주의 비밀을 간직한 초신성(supernova)을 직접 관찰할 수 있는 기회였다. 초신성이란 별의 진화 과정에서 마지막 단계에 이른 늙은 별이 폭발하면서 많은 양의 에너지를 뿜어내는 현상을 말한다. 폭발할 때 밝기는 평소의 수억 배에 이르렀다가 서서히 어두워진다. 사실상 죽음을 앞둔 별의 마지막 모습이지만, 마치 새로 생겨난 밝은 별처럼 보여 초신성이라 부른다.
 

 
이 사진은 서울대학교-경희대학교 초기우주천체연구단 공동연구팀이 포착해낸 사진으로 약 2천만 광년 떨어진 "M101"은하에서 생거난 초신성을 관찰할 것이다. 이 "M101"은하 초신성은 지난 8월 미국 팔로마 천문대가 처음 발견해 'PTF11kly'라는 이름을 붙였다. 같은 달 30일 서울대-경희대 공동연구팀도 미국 텍사스주 맥도날드 천문대의 2.1 m 망원경에 근적외선 감도를 높여 자체 제작한 '시퀸(CQUEAN)'카메라를 장착, 이 초신성의 모습을 잡아냈다. 이 같은 국내 연구팀의 관측 결과는 흥미로운 천체 현상 정보를 공유하기 위해서 국제 커뮤니티 성격인 "애스트로노스 텔레그램(Astronomer's Telegram, www.astronomerstelegram.org)"에도 보고 됐다.

별도 태어나고 지다.

 
천문학자 및 전문가들은 우주팽창과 암흑물질 등 별, 은하, 우주의 탄생과 진화의 실마리를 찾기 위해 초신성을 집중적으로 관측, 연구하고 있다. 지금까지 천문학자 및 전문가들을 통해서 밝혀진 우주의 섭리는 앞으로 더 밝히고 개척해야 할 부분이 더 많다. 하지만 별의 탄생과 소멸에 대해서 일반적 과정은  별도 사람과 같이 태어나고 진다는 순리를 겪는다는 것이다.
  
 
 
별의 탄생에 있어서 재료는 성운이라고 하는 별의 구름조각들이 모여있는 것으로 가스들이 모여있는 별의 근원이 되는 물질이다. 성운 안의 가스들이 자기들끼리 중력으로 모이면 내부온도의 상승으로 빛이 난다. 이때 별이 탄생하게 되는데, 이 별을 원시별이라 부른다. 이때부터 빠르게 수축하게 되는데 수축하게 되면서 별 내부온도가 증가하게 되고 일정온도 이상이 되면 수소의 핵융합이 시작된다. 여기서 별의 에너지가 나오게 되는 것이며, 아인슈타인의 법칙에 의해 질량 결손에 따른 에너지 발생이 이루어진다. 다시 말해 수소가 모여 그 보다 작은 원자량을 가진 헬륨이 되면서 질량이 약간 없어지게 되는데  E=mc²f라는 식을 통해 에너지로 전환된다는 것이다.
 

<대표적 적색거성 플룩스와 태양의 크기 비교 사진>

이 단계에서 우리는
주계열성이라고 부르며, 이 별의 색깔과 밝기는 다양하다. 파란색, 흰색, 붉은 색 등 자신 고유의 색깔과 밝기를 지니고 대부분의 일생을 보내게 된다. 그렇게 수소 핵융합이 다 끝나면 남아있는 별의 질량에 따라 운명이 바뀐다. 태양 질량의 0.1~0.4배 정도가 되면 그냥 식어서 하얗고 작은 별인 백색 왜성이 된다. 태양 질량의 0.4~5배는 적색 거성이 되고 좀 더 큰 것은 적색 초거성이 된다.  적색 초거성 단계에서 수축하게 되고 중력이 높아지게 되므로 갑자기 압력이 높아지는 때가 있어 초특급 폭발이 일어나게 된다. 이것이 바로 별의 마지막 단계인 초신성이다. 이것의 밝기는 우주에서 가장 밝다.

 
이 때 태양질량의 30배 이상인 적색 초거성이 초신성을 일으키면 블랙홀이 되지만 태양질량의 8배 이상 30배 미만인 적생 초거성이 초신성을 일으키면 중성자 별이 만들어진다. 적색 거성이 날려보낸 바깥층의 가스와 적생 초거성이 초신성을 일으키며 뿜어낸 가스는 다음에 태어날 별의 재료가 되면서 새로운 별의 생애가 순환하게 된다.
 

 
이처럼 별도 사람처럼 탄생, 성장하면서 소멸한다. 은하 속에는 태어나는 별, 성장하는 별, 폭발하는 별, 조용히 죽어가는 별 등 다양한 별이 존재한다. 별이 탄생과 소멸하는 과정을 정리하면 다음과 같다.
 

1. 먼지와 티끌로 이루어진 성간 물질들이 중력에 의해 뭉쳐져 성운이 된다.
2. 성운이 중력에 의해 크기가 작아지고 중심 온도가 높아지면서 하나의 별이 탄생한다.
3. 그 중 질량이 큰 별은 온도와 밀도가 놓아 적색 초거성이 되어 폭발한다. 그 후 중성자 별이 되기도 하고 블랙홀이 되기도 한다.
4. 질량이 작은 별은 갈색 왜성이 되기도 하고 적생 거성이 되기도 하는데, 별의 대기가 바깥으로 퍼져 나가면 행성상성운이 되었다가 백색 왜성이 된다.
5. 백색 왜성과 갈색 왜성, 초신성이 폭발한 잔해등은 우주공간에 퍼져 새로 탄생하는 별의 재료가 된다.

 
인류가 생존해 있는 지구가 초록색 별로서 태양의 수많은 은하 중에 하나, 그 하나 속에 작은 별로서 크나큰 우주에 존재하듯 우리 존재의 이유를 밝히는 천문학의 세계에서는 풀어야 할 숙제들이 많다. 별의 탄생과 소멸처럼 그 과정이 밝혀지거나 관찰되는 경우도 있지만 세부적으로 살펴보면 전문가들도 그 이유가 무엇인지 이해하기가 어려운 경우가 많다. 
 
우주개발을 위해 인공위성을 천문학적인 금액을 들여 쏘아올리고, 대한민국 최초의 우주인을 선발하는 등 국민의 성원에 힘입어 그 동안 우리나라는 우주개발에 힘을 써왔다. 미국을 비롯한 주요 선진국들이 우주 및 천문학 기술에 돈을 쏟아붓는 데는 국민의 자부심 증대와 같은 상징적 이유 외에도 앞으로의 에너지 자원 경쟁에 대비하기 위한 실질적인 경쟁도 존재하고 있는 만큼 천문과학 및 우주개발에 대한 국민의 적극적인 관심이 필요한 때이다.   

Posted by ScienDJ