우주 속 별 덩어리 성운, 성단

스스로 빛을 내는 성운

태양은 우리와 가장 가까운 별이다. 태양 다음으로 가까운 이웃 별까지의 거리가 약 40조 킬로미터로, 지구에서 태양까지 거리의 약 27만 배에 이른다. 우주에는 별이 차지하고 있는 공간보다 별과 별 사이의 공간이 훨씬 넓은 것을 알 수 있다.

우주 공간의 별과 별 사이에 존재하는 물질을 총칭해 성간 물질이라 한다. 대부분 수소와 헬륨으로 된 기체이며, 1퍼센트 정도가 얼어붙은 먼지 티끌이다. 성간 물질은 균일하지 않게 분포되어 있기 때문에 특정 공간에 더 많은 물질이 모여 있을 수 있는데, 뭉쳐있는 모양이 마치 구름을 닮았다 하여 성운이라 부른다. 성운의 기체와 먼지는 주변에 있는 별빛을 받아 여러 가지 모양으로 나타난다. 

성운 중 주변별에서 오는 자외선 복사를 받아 전리된 수소에 전자가 다시 결합하며 스스로 붉은색 가시광선을 내며 빛나는 별이 있는데 이를 발광성운이라 한다. 궁수자리에도 발광성운이 있는데, 지구와 5000광년 거리에 있으며, 성운의 지름은 약 100광년이다. 크기가 보름달의 3배 이상이라 맨눈으로 볼 수 있는데, 중심에 위치한 6등급의 궁수자리 9번 별을 비롯한 여러 별의 에너지를 받아 밝게 빛난다.

반사성운

밝기와 색깔이 같은 두 별이 비슷한 거리에 있고 두 별 중 한 별 앞에 성운이 있다고 가정할 때, 별빛 중 파장이 짧은 푸른색 계열의 빛은 성운에 의해 산란하고, 상대적으로 파장이 긴 붉은색은 그대로 통과하여 붉은색을 띠게 된다. 만약 별 근처에 밀도가 높은 성운이 있다면 산란 효과는 더욱 커지고 우리 눈에도 보일 정도로 뿌옇게 빛나게 된다. 이러한 성운을 반사성운이라고 하는데, 이들은 대체로 파란색을 띤다.

대표적 반사성운이 있는 곳은 좀생이별이라 불리는 황소자리의 플레이아데스성단이다. 이 성단은 약 400광년 거리에 있는데, 맨눈으로도 6, 7개의 별을 확인할 수 있다. 성단을 이루는 별은 밝고 젊으며 현재 성운 지역을 통과하는 중인 것으로 추측하고 있다고 한다.

빛이 작은 입자와 충돌해 산란하는 현상은 우리의 일상에서도 쉽게 찾아볼 수 있는데, 하늘이 파랗게 보이는 이유가 그 대표적인 예이다. 이와 반대로 태양이 지평선에 걸리는 이른 아침이나 저녁 무렵에는 태양 빛이 상대적으로 두꺼워진 대기층을 비스듬하게 통과하며 파장이 긴 붉은색 계통만 살아남아 하늘이 붉게 보인다.

암흑성운

가스나 티끌로 이루어진 성운 주위에 별이 없다면 우주 공간에서 그 모습을 확인하기는 쉽지 않다. 성운은 발광성운이나 반사성운처럼 주변에 있는 별빛의 도움을 받아야 비로소 그 모습을 드러낼 수 있기 때문이다. 이러한 별빛의 도움을 받지 않고 충분히 자기 모습을 드러내는 성운이 있는데 바로 암흑성운이다. 이 성운은 아주 두꺼운 먼지와 가스층을 갖고 있기 때문에 그 자체로는 보이지 않고 주위의 환한 배경을 이용해 나타난다. 두꺼운 성운 내부의 미세 먼지 티끌들이 빛을 통과하는 것을 방해해 윤곽을 드러낸다.

가장 잘 알려진 암흑성운으로는 오리온자리의 말머리성운이다. 말머리성운은 진한 분자 구름 덩어리로 뒤쪽으로 둘러쳐진 붉은색의 발광성운 IC 434의 빛을 막고 있다. 말머리성운은 암흑성운의 목록을 만든 미국 천문학자 바너드의 이름을 따 바너드 33으로 불리기도 한다.

은하수를 배경으로 보이는 암흑성운은 남반구에서 볼 수 있는 남십자성 옆의 석탄자루가 유명한데, 맨눈으로 가장 뚜렷하게 볼 수 있다.

암흑성운은 별이 탄생하는데 필요한 재료인 성간 가스와 먼지가 풍부하므로 새로운 별을 만들어내는 별들의 요람이다.

오리온 대성운

겨울의 대표적 별자리 오리온자리 중앙 부근에는 2등급 밝기의 별 세 개가 나란히 늘어서 있다. 세 별 아래에는 맨눈으로도 볼 수 있는 오리온 대성운이 있는데, 이는 약 1500광년 거리에 있는 이 성운은 밤하늘에서 가장 밝고 큰 성운으로 지구에서 가장 가까운 발광성운이다. 수많은 별이 태어나고 있다.
성운의 화려함은 내부에 작게 무리를 지어 있는 트라페지움 사중성이다. 이 별들은 태어난 지 100만 년이 채 안 된 어린 별들로 표면온도가 5만도로 매우 뜨겁다. 실제로 오리온자리에는 지름이 약 550광년에 달하는 분자 구름이 자리를 잡고 있는데, 이들의 질량을 모두 합치면 약 50만 개의 태양에 해당한다고 한다.

오리온자리 대성운은 트라페지움 사중성의 뜨거운 별빛으로 인해 오리온자리에 걸쳐 있는 커다란 암흑성운의 일부분이 드러나 보이는 것이다.

별들의 무리, 성단

오리온자리의 왼쪽 어깨 위에서 볼 수 있는 좀생이별은 대표적인 산개성단이다. 맨눈으로 보면 6개의 별이 찻잔 모양으로 모여 있다. 서양에서는 이 별들을 플레이아데스성단이라고 부르는데, 이는 그리스 신화에 등장하는 거인 아틀라스와 플레이오네 사이에 태어난 일곱 공주를 뜻한다. 

밤하늘에 떠 있는 별들은 상당수 서로 어울려 성단을 이루고 있다. 은하 구석구석의 성운 가스 구름 속에서 탄생한 어린 별들은 별 무리를 이루어 삶을 시작하는데, 서로 가까운 영역에서 비슷한 시기에 태어나 물리적으로 상호작용을 하며 성단을 이룬다. 별이 모여 있는 모양에 따라 산개성단과 구상성단으로 나뉜다.

산개성단과 구상성단

성단 중 특별한 모양 없이 불규칙하고 듬성듬성 모여 있는 것을 산개성단이라고 한다. 우리은하에 있는 산개성단은 주로 은하면의 나선팔 영역에 분포한다. 맨눈으로 볼 수 있는 대표적인 산개성단으로는 황소자리의 플레이아데스성단과 히아데스성단, 페르세우스자리의 이중성단 등이 있다. 이중 페르세우스자리의 이중성단은 성단 두 개가 가까이 붙어 있는 형태로, 페르세우스자리와 카시오페이아자리 중간 지점에 있는데 가을밤 맑은 하늘에서는 맨눈으로도 희미하게 보인다.

구상성단은 수십에서 수백만 개의 별이 깨알처럼 모여 있으며, 둥근 공 모양을 하고 있다. 이렇게 많은 별로 이루어진 구상성단의 중심은 아주 조밀해서 망원경으로도 별들을 분리해 보기 쉽지 않다. 우리은하에는 200개 정도의 구상성단이 있는 것으로 추측되는데, 우리은하의 중심 방향에 있는 궁수, 전갈, 땅꾼자리 방향에 많이 있다. 

여름철 별자리인 헤라클레스자리에는 맨눈으로 찾을 수 있는 헤라클레스자리 구상성단이 있는데, 북반구 하늘을 장식하는 구상성단 중 가장 크고 밝으며 멋지다. 1714년 핼리가 발견했는데, 지구에서는 약 2만 5000광년 떨어져 있다.