우주 속의 신비로운 별, 두번째 이야기

 

 

우주속의 별, 두번째 이야기를 해보도록하자.

1)별의 운동 

별은 움직이긴 하지만 워낙 거리가 멀어서 그 움직임이 다른 별 사이에서는 약간의 변화로만 나타날 뿐이다. 천문학자들은 일정한 시간 간격을 두고 촬영한 별 사진을 비교해서 고유운동이라고 하는 별의 변화를 측정한다. 고유운동이 가장 큰 별은 바너드별로, 이 별은 180년에 걸쳐 달의 각지를 (지구에서 달의 지름 양 끝을 잰 각)과 같은 0.5도만큼 움직인다. 지구에서 가까이 있는 별일수록 고유운동을 좀 더 쉽게 측정할 수 있다. 하지만 별은 대부분 너무 멀리 있기 때문에 고유운동을 측정할 수 없다.
태양은 우리은하 안에서 19km/s로 스스로 움직인다. 태양뿐만 아니라 우리은하에 있는 모든 별은 은하의 중심 주위를 돌고 있다. 우리은하에 있는 모든 별은 은하의 중심 주위를 돌고 있다. 우리은하의 회전운동 때문에 태양과 그 부근에 있는 별들의 속도는 거의 250km/s에 이른다. 태양이 은하의 중심 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 약 2억 5000만년이다. 

 

2)별의 집단

우리은하에는 1000억개가 넘는 별이 있다. 이렇게 많은 별은 성운과 성단이라고 하는 은하보다 규모가 조금 작은 집단에 속한다. 이 가운데서 짝을 이룬 별을 이중성이라고 한다. 별 중에서 약 절반가량은 이중성 계열이다. 

성운은 망원경을 사용하지 않고 맨눈으로 보면 희미하게 빛나는 영역으로 보인다. 성운의 밝기는 이 영역을 이루는 수많은 별에서 나온다. 이런 빛을 배경으로 성 간 티끌의 어두운 구름을 볼 수 있다.

성단은 공 모양이거나 불규칙한 모양을 하고 있다. 공 모양인 구상성단에는 1만-100만개에 이르는 별이 구형으로 빽빽하게 모여있다. 구상성단에 있는 별은 우리은하에서 비교적 오래된 별에 속한다. 산개성단이나 은하성단이라고 하는 불규칙한 모양을 한 성단에는 10개에서 수백개에 이르는 별이 있다. 산개성단은 우리은하의 볼록한 중심에 분포하고 있다. 산개성단에는 우리은하에서 비교적 나이가 물고기 비늘별이 들어있다.

이중성은 쌍을 이루고 있는 별이다. 그중에서 두별이 서로 주위를 돌고 있으며, 중력을 미치고 있으면 쌍성이라고 한다. 쌍성은 대부분 두 별이 가까운 거리에 있다. 이중성은 보통 다른 별이나 이중성을 포함하고 있는 좀 더 큰 집단인 다중성에 속해있다. 

 

3)별의 나이

별이 가벼운 원소에서 무거운 원소를 만들어 낸다는 사실을 통해 별을 두세대로 구별할 수 있다. 젊은 세대에 속하는 별은 늙은 세대에 속하는 별보다 무거운 원소가 100배 정도 많다. 어떤 별은 게성운을 만든 것과 같은 거대한 폭발로 자신의 일생을 마감한다. 이러한 폭발은 그전에 별에서 생긴 헬륨과 무거운 원소가 포함된 구름을 만들고, 이 구름은 성간가스와 섞인다. 많은 물질을 포함하게 된 가스는 다시 새로운 별을 만들 수 있는 재료가 된다. 새로 만들어지는, 즉 두 번째 세대의 별은 비교적 무거운 원소를 많이 포함하게 된다. 예를 들어, 태양과 태양계 행성들은 약 50억년 전에 앞세대 별들이 만들어 낸 풍부한 물질로 형성되었다. 이처럼 별 가운데서 더 젊은 세대를 종족1의 별이라 하고 늙은 세대를 종족2의 별이라고 한다. 종족2에 속하는 별들은 맨 처음 우주에 있던 가스구름에서 생긴 오래된 별이다.

4)별의 탄생과 죽음

별의 일생은 대부분 수십억년 동안 이어진다. 천문학자들은 별의 일생 가운데 다양한 단계에 있는 별들을 많이 관측했다. 또한, 이제까지 밝혀진 화학과 물리 법칙을 기초로 별의 형성에 대한 이론도 발전시켰다. 성단 연구는 별의 일생에 대해 더욱 많은 정보를 제공해 주었다. 성단에 있는 별들은 대부분 거의 같은 시기에 형성되었다. 따라서 한 성단에 속한 모든 별의 나이는 거의 같다. 어떤 성단에 있는 청색거성은 수소연료를 아주 빨리 사용하기 때문에 수명이 매우 짧다. 그러므로 이런 별과 성단은 틀림없이 나이가 어리다. 적색거성이 많은 성단에는 청색거성이 없다. 이런 성단은 모든 청색거성이 다 타서 사라졌을 정도로 오래된 것이다.

 

5)별의 형성 

별은 성간가스와 티끌 구름에서 일생을 시작한다. 이런 구름은 검은 얼룩처럼 보이며, 주로 티끌과 섞여 있는 수소로 이루어져 있다. 구름은 폭발한 별의 잔해에서 생기는 경우도 있고, 거성 표면에서 나온 가스가 모여 생기는 경우도 있다. 새로운 별이 형성되는 첫 번째 단계에서는 성간구름이 수축해서 공 모양이 된다. 가스와 티끌 구름은 수백만 년 동안 중력으로 서로를 끌어당기면서 수축한다. 물질이 서로를 공 모양 안으로 끌어당기기 때문에 압력은 증가하고, 그 중심에 있는 가스는 매우 뜨거워진다. 중심 온도가 110만도씩 정도 되면 핵융합반응이 시작된다. 즉, 중심에 있는 수소는 헬륨으로 바뀌기 시작하고 엄청나게 많은 핵에너지가 만들어진다. 이 에너지가 중심부에 있는 가스를 가열하면, 가스가 빛을 내면서 마침내 별이 탄생한다. 

6) 별의 진화와 죽음

빛나기 시작하면서 별은 천천히 진화한다. 이 진화의 속도는 별 안에서 핵에너지를 만드는 반응이 얼마나 빨리 일어나는지에 달려있으며, 이 반응 속도는 별의 질량에 따라 달라진다. 질량이 클수록 광도와 온도는 더욱 높고 진화의 속도도 빠르다. 질량이 태양의 10배 정도인 별은 진화하는데 수백만년 정도 걸리나, 질량이 태양의 1/10정도 되는 작은 별은 몇십억년 걸려서 진화한다. 별은 수소의 양이 줄어들면서 진화한다. 수소의 양이 줄어들면 별의 중심은 수축하고 온도와 압력은 올라간다. 동시에 바깥 온도는 점점 내려가므로, 결국 별은 크게 팽창해서 적색거성이 된다. 

적색거성이 된 뒤에 일어나는 반응은 별의 질량에 따라 다르다. 질량이 태양과 비슷한 별은 바깥층이 떨어져 나가는데, 이것은 행성상성운이라고 하는 빛나는 가스 껍질로 보인다. 그 뒤에 남은 핵은 식어서 백색왜성이 된다. 질량이 태양의 3백 이상인 별은 초거성이 된다. 철과 같은 무거운 원소들이 내부에서 생기고 폭발하면 초신성이 되기도 한다. 초신성이 폭발한 뒤에 남는 물질이 태양 질량의 3배 미만이면 중성자별이 되고, 3배 이상이면 별은 붕괴하여 블랙홀이 된다.