밤하늘의 등대 변광성 알아보기

물질을 얻은 별은 표면에서 폭발적인 핵융합 반응이 일어나고, 평상시의 수백만 배에 달하는 에너지가 방출되면서 갑자기 밤하늘에 그 존재를 드러낸다. 별을 수축시키는 중력과 반대로 팽창하려는 내부 에너지의 압력 사이에 평형이 흔들라면 별은 불안한 상태를 맞게 되며, 밝기가 변하는 변광성이 될 수도 있다.

변광성이란?

별은 태어나서 성장하고 죽어감에 따라 밝기가 달라진다. 이러한 과정은 수억 년에서 수십억 년이라는 긴 시간이 걸리기도 한다. 하지만 불과 며칠 또는 몇백일 사이에 변하는 별들이 있는데, 이들이 바로 밤하늘의 등대로 불리는 변광성이다. 변광성은 어두운 우주 공간을 탐험할 때 좋은 길잡이가 된다.

변광성은 1638년 네덜란드의 홀베르다는 이 별이 일정한 주기를 가지고 밝아졌다 어두워졌다 한다는 사실을 발견했다. 그리고 이상한 별이라는 뜻의 미라(Mira)라는 이름을 붙인다. 이 별이 바로 고래자리의 오미크론 별이며, 처음으로 변광성이 밝혀진 별이다. 미라의 변광주기는 약 332일로 가장 밝을 때가 약 2등급, 가장 어두워졌을 때가 약 10등급으로 밝기 차이가 무려 1500배에 달한다.

우주의 측정자, 변광성

미라는 별 자체가 부풀었다 수축했다 하면서 밝기가 변한다. 실제로 그 크기가 10배 이상 변화하며 팽창과 수축을 반복하는데, 이렇게 별의 크기가 변하면서 밝기가 변하는 별을 맥동 변광성이라고 하는데, 미라는 평균 변광주기는 약 332일로 가장 밝은 때가 2등급, 어두울 때가 10등급이다. 맥동 변광성 중에는 천문학의 역사에서 아주 중요한 역할을 한 별이 있다. 바로 케페우스자리에 있는 델타별이다.

1784년 구드릭은 케페우스자리의 델타별이 며칠에 걸쳐 밝기가 달라지는 것을 발견한다. 이후에도 이처럼 밝기가 변하는 별이 몇차례 발견되었는데, 이들을 통틀어 케페이드 변광성이라 부른다. 대부분의 케페이드 변광성은 1일에서 70일 사이의 변광주기를 가지며, 광도 변화의 범위는 0.1등급에서 2등급 정도이다. 케페우스자리 델타별의 변광주기는 약 5일 8시간 47분으로 3.6등급과 4.3등급 사이를 왔다 갔다 하며, 빨리 밝아지고 느리게 어두워지는 것이 특징이다.

케페우스자리에는 눈여겨 볼만한 변광성이 하나 더 있다. 

케페이드 변광성이 현대 천문학에 중요한 역할을 하게 된 것은 그 맥동이 매우 규칙적이어서, 맥동주기와 절대등급 사이의 관계를 이용하면  케페이드 변광성의 변광주기를 측정하여 절대등급을 알아낼 수 있다는 데 있다. 이를 통해 별까지의 거리를 계산할 수 있게 되었다. 덕분에 케페이드 변광성은 우리은하의 크기나 외부 은하까지의 거리를 알려주는 우주의 측정자 역할을 톡톡히 하고 있다. 우리가 잘 알고 있는 북극성도 3.97일 주기로 밝기가 변하는 케페이드 변광성으로, 그 맥동주기를 통해 북극성의 실제 밝기는 태양의 2200배, 거리는 약 430광년이라는 것을 알아낼 수 있었다.

 

변광성, 악마의 별

변광성 중에 미라와 같이 유명한 별이 있다. 바로 알골(Algol)이라는 별인데, 페르세우스자리의 베타 별이다. 알골이란 아랍어로 악마의 머리를 뜻한다.

그리스 신화에 따르면 페르세우스는 머리가 아홉 달린 괴물 메두사와 싸움을 벌인다. 메두사는 자기 머리를 보는 자는 모두 돌로 변하게 했는데, 페르세우스는 방패 앞면을 거울처럼 반들반들하게 닦아서 전투를 시작한다. 싸움 도중 페르세우스의 방패 속에 비친 자기 얼굴을 본 메두사는 돌로 굳어버렸고, 페르세우스는 싸움에서 승리하여 돌이 된 메두사의 머리를 들고 천마 페가수스를 타고 하늘로 날아간다. 실제 알골은 페르세우스자리의 팔 끝에서 빛나고 있어, 신화 속 메두사를 상징한다. 전설과 더불어 알골은 비교적 짧은 시간 동안 밝기가 변하므로 예전부터 악마의 별로 불리며 재앙의 상징으로 여겨졌다.
알골이 변광한다는 것은 1783년 영국의 구드릭에 의해 밝혀졌는데, 2일 20시간 49분마다 2.1등급에서 3.4등급까지 변광한다.

초신성이란?

별 자체의 밝기가 밝거나 변하는 별에는 맥동 변광성 이외에 신성이 있다. 신성은 별의 일생 중 마지막 단계에서 별의 표면 부근이 폭발해 밝게 빛나는 별로, 자신의 원래 밝기보다 수만 배나 밝아진다. 별 전체가 폭발하면서 최후를 맞이하는 별도 있는데 이를 초신성이라고 한다.

신성이나 초신성의 경우 지금까지 잘 안 보이던 곳에서 갑자기 나타나 수십 일에서 수백 일에 걸쳐 밝게 빛나다가 서서히 사라진다. 만약 우리은하 내에 있는 별이 신성이나 초신성으로 폭발할 경우 그 밝기는 낮에도 보일 정도라 한다. 실제로 1054년 황소자리에서 폭발했던 초신성은 낮에도 보였다고 기록될 만큼 밝게 빛났다. 지금도 폭발 잔해들은 초속 1500km의 속도로 팽창하고 있다.