(화면 자막)

본 동영상은 행정안전부와 한국정보화진흥원의 지식정보자원관리사업으로 제작되었습니다. 

별들의 종류 

앞서 우리는 태양과 비슷한 질량을 가진 별들의 진화에 대해 알아보았습니다. 백색 왜성과 행성상 성운을 남기는 태양과 비슷한 질량의 별들 외에도 넓디 넓은 우주에는 많은 별들이 존재하는데요. 이 시간에는 좀 더 다양한 별들에 대해 알아보겠습니다. 

1. 무게가 다른 별들 

우리가 잘 알고 있는 수성, 금성, 지구 등의 행성들의 질량은 태양의 질량 보다 매우 작습니다. 이렇게 질량이 작은 행성들은 핵융합을 일으키지 못하고 스스로 빛을 내지 못하기 때문에 별이 되지 못하는데요. 그렇다면 행성들 보다는 질량이 많고 태양의 약 12분의 1 배 보다 작은 질량을 가진 별들, 항성과 행성 사이 모호한 영역에 있는 천체들은 우리는 무엇이라고 부를까요? 이런 천체들은 행성 보다는 크기가 커서 잠깐동안 에너지를 생성할 수는 있지만 헬륨을 만들 수 있을 만큼 뜨거워지지 못하여 별이 되지 못하는데요. 이런 천체 들을 우리는 갈색왜성이라 합니다. 갈색왜성과 비교했을 때 질량이 커서 주 계열에 오르지만 태양과 비슷한 질량의 별들처럼 헬륨을 융합시키지 못하고 핵이 헬륨 상태에서 멈춰버린 천체를 우리는 헬륨으로 이루어진 백색왜성 이라 부릅니다. 이렇게 백색왜성이 되는 별들은 속이 질량이 태양의 4분의 1보다 작다고 해요, 그리고 이보다 질량이 조금 더 큰 태양과 비슷한 질량의 별들은 헬륨 연소 과정을 통해 적색 거성이 된 다음 외부 대기는 우주공간으로 방출되어 행성상 성운을 형성하고 마지막으로 탄소와 산소로 이루어진 핵만 남아 전형적인 백색왜성이 됩니다. 처음 거성이 될 때 항성 은 잠시 헬륨 핵 반응으로 안정기에 접어들었다가 또다시 거성이 되는데요. 행성상 성운이 되기 전에 태양보다 질량이 2배 이상 높은 별들은 더욱 크고 거대한 거성이 되기도 하는데 이들은 너무 밝고 커서 초거성 이라고 부릅니다. 태양의 질량 의 약 3배 에서 15배 되는 이런 별들 역시 백색왜성으로 남게 되지만 왜성을 이루는 물질은 전형적인 백색왜성과 다르다고 합니다. 탄소로 이루어진 것이 아니라 산소 , 네온, 마그네슘 으로 이루어져 있는데요. 이는 탄소가 핵 반응을 하여 보다 무거운 원소들을 만들어 낸 결과입니다. 그리고 최근에는 이러한 질량을 가진 별들이 초신성이 되는 경우를 발견하기도 하였습니다. 지금까지는 태양 질량의 15배 이하인 별의 생애에 대해 알아보았습니다. 이제 질량이 이보다 큰 별들에 대해 알아볼텐데요. 구성 성분이 다른 백색 외 성에서 끝을 맺었지만 초기 질량이 태양의 15배 이상이 되면 별은 더 이상 백색 외 성에서 멈출 수 없게 됩니다. 그렇다면 이런 질량이 큰 별들은 어떻게 될까요? 

(인터뷰)

성현일 박사 - 한국천문연구원 

:지금까지 핵이 수축하면서 에너지가 발생했고 그 에너지로 또다시 핵융합이 일어나면서 별이 진화를 해왔습니다. 별 진화의 마지막 단계에서는 실리콘이 철로 바뀌면서 점차 식어가게 됩니다. 결국 핵이 중력에 의해 붕괴되는 것을 막지 못하고 매우 밀도가 높은 상태가 되는데 이때 내부의 처럼 중성자와 양성자로 바뀌게 됩니다. 이렇게 중력의 대항해야 하는 에너지는 철의 변화의 쓰이게 되고 중심 핵은 한없이 수축해 져만 갑니다. 

(인터뷰)

성현일 박사 - 한국천문연구원

 : 계속 수축하는 별은 결국 어떻게 될까요? 별이 수축해서 그 밀도가 물의 밀도의 4천억 배가 되면 양성자와 전자가 합쳐져 중성자가 됩니다. 시간이 지나면 별의 중심핵이 전부 중성자로 변해서 더 이상 수축 할 수 없게 되면 별은 비로소 수축을 멈추고 중성자들이 됩니다. 또 다른 종류의 별이 생기게 된거죠. 여기서 잠깐 중성자 별이 되기 전에 별로 돌아가서 핵의 바깥 부분에 새겨 볼까요? 보이는 것처럼 핵의 외부는 양파껍질처럼 층으로 되어 있답니다. 층으로 되어 있어 철, 산소, 헬륨 등 여러 원소들로 핵융합을 하던 핵이 어느날 수축을 멈추게 되는데요. 이때 그 충격으로 바깥 침이 폭발하듯 날아가 버립니다. 별의 진화 마지막 단계인 이런 현상을 우리는 초신성 또는 초신성 폭발이라 부릅니다. 초신성이 된 별은 하나의 작은 은하의 밝기와 비슷할 정도로 밝아지며 며칠에 걸쳐 다시 천천히 어두워집니다. 이러한 초신성의 폭발은 우주공간의 산소 보다 무거운 원소들의 주요 공급원이 되었고 몇몇 주요 원소들의 유일한 공급원이 되었습니다. 이제부터는 이보다도 더욱 큰 질량을 가진 별의 종착지에 대해 알아보겠습니다. 이 별 들 역시 초신성 폭발을 겪으며 밝게 빛을 내는 데요. 이때 남아있는 중성자로 이루어진 핵이 조금 다른 변화를 시작합니다. 엄청난 질량을 가진 이 별들은 어떻게 변할까요? 엄청난 밀도로 더 이상 압축할 수 없는 중성자 별 과는 달리 핵의 질량이 태양의 3배가 넘는 무거운 별들은 그 상태에서 자신의 무게를 이기지 못해 붕괴하게 됩니다. 결국 별의 핵은 무한히 압축되어 지고 탈출 속도는 빛의 속도를 넘어 서게 되는 것이죠. 천체를 탈출하는데 필요한 속도가 우주에서 가장 빠르다고 알려진 빛의 속도보다 빠르다면 그 무엇도 그 천체를 탈출할 수 없겠죠. 빛을 포함한 모든 것이 탈출할 수 없는 이 천체를 우리는 블랙홀 또는 검은 구멍이라고 부릅니다. 그렇다면 태양계에서 가장 큰 태양은 블랙홀이 될 수 있을까요? 우리가 흔히 바라보고 있는 태양은 지름이 약 150만 km 인데요. 불가능한 일이지만 이런 상태 양이 블랙홀이 되려면 약 6km 정도로 압축되어야 한다고 합니다. 

(인터뷰)

성현일 박사 - 한국천문연구원 

: 이론으로만 존재했던 천체인 블랙홀이 관측에 의해 거의 확실시되고있습니다. 블랙홀은 쌍성이 보이지 않는 안 별의 질량이 태양 질량의 3배 이상 일 때 생성됩니다. 물질들이 블랙홀에 빨려 들어가면서 충돌에 의해 생기는 높은 온도로 인해 x 선이 방출 되는데 이를 검출하여 블랙홀의 존재를 확인 합니다. 가장 유명한 블랙홀의 후보는 백조 자리에 있는 x1 천체 입니다. 이외에도 종종 블랙홀의 후보가 발견되고 있는데요. 현재는 이 쌍성으로의 블랙홀 발견 이후에 은하 중심의 블랙홀의 존재 증거도 발견되고 있다고 합니다. 지금까지 진화에 따른 별의 종류를 알아보았습니다. 가장 많이 보이는 주 계열성 보통의 별의 종착지인 백색왜성, 진화 중간에 보이는 적색거성, 초거성, 초신성 그리고 중성자 별, 블랙홀 까지 초기 별의 질량에 따라 여러가지 형태의 별들을 보았는데요. 이제부터는 이외에 소개하지 않은 몇 가지 별들을 소개하겠습니다. 

2. 또 다른 별들 

먼저 쌍성에 대해 알아보겠습니다. 쌍성은 서로 주위를 돌면서 중력에 의해 묶여 있는 두 개의 별을 말하는데요. 두 별은 서로 중력으로 묶여 있기 때문에 우리는 그 두 별의 질량을 계산할 수 있고 지구와 일직선 상에 있을 때 식이 일어나 광도가 변하는 것을 이용하여 별들의 직경을 구할 수도 있다고 합니다. 이렇게 쌍성에서 식이 일어날 때 방도가 변하는 것을 보고 식변광성 이라고 하는데요. 식변광성에서의 변광성 이란 말은 별 중에서 밝기가 변하는 별을 가리키는 말로 그 원인에 따라 식변광성, 맥동변광성, 폭발변광성으로 나뉘게 됩니다. 식변광성과 맥동변광성은 주기적으로 별의 광도가 달라지는데요. 식변광성의 경우 어두운 별이 밝은 별을 가릴 때는 밝기가 급격히 떨어지고 밝은 별이 어두운 별을 가릴 때는 밝기가 조금 떨어지는 데 그치게 됩니다. 변광성 중 특히 맥동 변광성 별의 내부구조가 불안정하여 수축과 팽창을 되풀이하면서 별의 밝기가 주기적으로 변하는 것을 말하는데요. 대표적 맥동 변광성 인 세페이드 변광성은 변광 주기가 광도와 비례합니다. 이를 통해 별에 절대등급, 거리 등을 알 수 있어 천문학자들의 주요 관심거리가 되고 있습니다. 이제 폭발 변광성을 보면 별의 내부나 표면 층이 불안정하여 폭발하면서 갑자기 밝아졌다가 서서히 어두워지는 것을 우리는 폭발변광성이라 말합니다. 앞에서 배웠던 초신성을 예를 들 수 있고 또한 이번에 언급할 신성을 예를 들 수 있습니다. 

(인터뷰)

성현일 박사 - 한국천문연구원

: 신성은 초신성과는 다른 과정으로 빛을 냅니다. 쌍성계에서 한 별은 백색왜성이고 다른 한별은 거성일때 거성의 물질이 백색왜성으로 전달됩니다. 백색왜성에 물질이 쌓이면 강한 폭발이 일어나게 되는데 이때 밝아지는 별은 평소엔 보이지 않다가 갑자기 나타난 별이라고 해서 신성이라고 부릅니다. 보통 이런 신성도 매우 밝아 지지만 그보다 초신성은 수천 배 이상 밝아진답니다. 지금까지 우리는 여러 종류의 별을 만나보았습니다. 별이 되지 못한 행성과 백색왜성에서부터 신비한 블랙홀 등 매일 하늘을 보며 같은 별들 로만 이루어져 있는 줄만 알았던 밤 하늘이 오늘따라 신비롭게 만 보이는 것 같나요? 우주, 그리고 별은 우리를 무한한 상상력의 세계로 인도하고 있습니다.