별의 일생(탄생에서 초신성 폭발까지)

인간이 태어나 성장하고 늙고 죽어가듯, 우주의 별도 비슷한 삶을 산다. 별들은 우주 공간의 가스와 먼지로 된 성운에서 태어나 자신을 밝히면서 성장하고 더 이상 태울 것이 없어지면 여러 모습으로 죽음을 맞는다. 그리고 그 잔해들이 모여 새로운 별이 탄생한다. 지구상에 있는 모든 원소는 별의 탄생과 진화 그리고 죽음을 반복하는 과정에서 만들어졌다. 

빛나는 별은 어떻게 만들어졌을까?

우주 공간 구석구석에는 가스와 먼지로 된 성운이 있다. 이 성운 속에서 새로운 별이 생겨나는데, 성운의 일정 부분에 밀도가 높아지면 주위의 물질을 끌어당겨 덩어리로 성장한다. 덩어리가 점점 더 커지고 중심부는 수축하면서 뜨거워지는데 중력 수축으로 중심부의 온도가 약 1,000만 도에 이르면 핵융합 반응을 일으키며 빛을 낸다. 별 내부의 핵융합 반응이 만드는 에너지에 의해 팽창하려는 힘과 중력에 의해 수축하려는 힘이 서로 균형을 이루게 되면 비로소 수축을 멈추고 안정된 별로 자리 잡게 된다. 

별은 먼저 수소를 연료로 핵융합 반응을 일으켜 빛을 내고 점점 어른 별로 변해간다. 이후 수소 핵융합으로 만들어진 헬륨이 별의 중심부에 쌓이면서 온도가 더욱 높아지고, 수소와 헬륨을 거의 다 태우고 나면 별은 점점 부풀어 오른다. 별의 크기가 커지면서 표면온도는 내려가고 붉은색의 늙은 별로 변한다.

별의 수명은?

별의 수명은 질량에 따라 달라진다. 질량에 따라 짧게는 수백만 년에서 길게는 수천억 년을 살기도 하는데, 상대적으로 무거운 별은 강한 에너지를 뿜으면서 내부의 물질을 빨리 태워버려 그만큼 수명이 짧다고 한다. 태양 정도의 질량을 가진 별이 약 100억 년 정도 산다고 한다.

태양보다 8배 이상 무거운 별은 적색 초거성 단계에서 초신성 폭발로 최후를 맞이하게 되는데, 강력한 폭발로 바깥쪽의 물질은 우주 공간에 흩뿌려지고 남아 있는 중심부는 한없이 수축해서 블랙홀이 되기도 한다. 수명을 다한 별이 폭발하면서 내놓은 잔해들도 우주 공간에서 새로운 별과 행성을 만드는 재료가 되기도 한다.

 

중년별, 태양

태양은 약 46억 년 전에 태어나 이미 일생의 반가량을 산 중년별이다. 현재 태양은 밝기가 거의 변하지 않는 안정된 별인데, 먼 미래에 태양이 더 나이가 들면 핵융합 반응으로 만들어진 헬륨이 중심에 쌓이면서 불안정해질 것이라고 한다.

먼 훗날, 태양은 적색거성으로 변해 늙어가게 되는데, 질량은 더 커지고 표면온도는 현재의 5500도에서 3000도 아래로 떨어지며 밝기는 수천 배 이상 더 밝아진다고 한다. 그러면 지구의 표면온도는 750도 이상 올라가 바닷물은 증발하고 하늘은 수증기와 구름으로 뒤덮일 것이다. 그렇게 되면 지구는 더 이상 생명이 살 수 없는 행성으로 전락하고 말 것이다. 태양이 팽창과 수축을 반복하면서도 다른 행성에 미치는 중력이 점차 약해지게 되면 금성과 지구의 궤도는 조금씩 바깥으로 밀려나게 된다. 지구는 태양과의 거리가 지금보다 두 배 정도 멀어지지만, 지표면은 1300도에 이르러 철이나 암석마저 녹아내리기 시작한다.

태양이 124억 살이 넘어가면 태양 바깥층의 물질은 퍼져나가 행성상 성운으로 변하고 중심부는 작아져 백색왜성이 된다. 뜨겁게 빛나는 백색왜성도 더 시간이 흐르면 차가운 흑색왜성이 돼 빛을 잃고 마는데, 이렇게 별이 사라졌다고 모든 것이 끝은 아니다. 별 부스러기는 우주 공간을 떠돌다 다른 성운을 만나 새로운 별로 거듭날 수 있다. 이렇듯 우주 공간의 별들도 수십억 년의 긴 세월을 거치며 사람의 일생처럼 태어나고 죽어간다.

초신성 폭발

은하를 이루는 별을 모두 합친 것보다 더 밝은 빛을 내며 죽어가는 별이 바로 초신청이다. 초신성이 내는 강력한 빛은 두 가지 형태로 만들어지는데, 자체 폭발로 인한 경우와 주변의 별에서 물질을 빨아들이면서 폭발을 일으키는 경우다.

우리은하에서는 대략 50년에 하나 정도 초신성 폭발이 일어나고 있는데, 망원경이 발명된 이래 우리은하 내에서 초신성 폭발을 목격한 적은 한 번도 없다고 한다. 

1006년 이리자리 근처에서 갑자기 반달만큼 밝은 빛을 내는 별이 나타났는데, 워낙 밝아 낮에도 흰 점으로 보였으며 밤에는 그림자를 만들 정도였다고 한다. 1054년 황소자리에서 나타난 초신성은 폭발 후 1,000년이 지난 지금도 게성운이라고 하는 폭발의 흔적이 우주 공간으로 퍼져나가고 있다고 한다. 1604년 10월에도 케플러에 의해 초신성이 발견된다. 땅꾼자리에서 발견된 이 별은 당시 목성과 토성 사이에 있었는데, 목성보다도 더 밝게 빛났다고 한다. 이 초신성은 당시 우리나라의 관상감(조선시대 천문, 지리, 역수 등의 일을 담당했던 관청)에서도 관측되었는데, 선조 37년(1604년)에 이 별의 광도 변화를 정밀하게 관측한 기록이 남아있다.

케플러의 초신성 이후 400년이 지난 지금까지 우리은하 내에서 초신성 폭발 장면이 목격된 적은 없다. 하지만 지구와 아주 가까운 곳에서 초신성이 폭발하는 일은 그리 달갑지 않다. 그 현상이 우리 지구에 어떤 영향을 일으킬지 아무도 모르기 때문이다.