별의 일생 III -젊은 별무리
Pulpit 바위와 별무리 사진제공 Alex Cherney (Terrastro)
호주 빅토리아 주 Pulpit 바위 위 수많은 별들과 은하수.
오른쪽 바위 위에 은하수 이웃인 소마젤란운(雲)이 보인다.
해안에서 부서지는 물결의 출렁임.
커다란 바위 덩어리들이 서로 부딪쳐 깨지고
그 조각들이 다시 파도에 휩쓸려 고운 모래가 되기까지 얼마나 긴 시간이 흘러야 했을까?
기후 변화에 따른 풍화 작용도
바위를 부숴 모래로 만드는 데 작용 했겠지만,
세월이라는 영속성이 없었다면 해변의 모래밭은 탄생하지 않았을 것이다.
그래서 바닷가 모래밭은 우리에게 시간의 흐름을 실감케 해 주면서 세상이 우리보다 훨씬 더 오래됐음도 가르쳐 준다.
하늘에 별들은 얼마나 많을까?
한 곳에 서서 맨눈으로 볼 수 있는 별은 2,000개 정도이며
우리가 지구에서 눈으로 볼 수 있는 별은 기껏해야 6,000개 정도에 불과하다.
해변에서 모래를 한 줌 움켜쥐면
그 속에서 약 1만 개의 모래알들을 헤아릴 수 있다.
맨눈으로 볼 수 있는 별들의 개수보다 더 많은 수의 알갱이들이 내 손에 들어 있는 셈이다.
맑은 날 밤하늘에서 눈에 보이는 별들은
실재하는 별의 극히 일부에 지나지 않는다.
가장 가까운 것들 중에서도 극히 일부에 불과하다.
그렇지만 우주에는 별들이 셀 수 없을 정도로 많고 또 많다.
지구상의 해변이란 해변 모두에 펼쳐있는 모래알 수보다 우주에 있는 별들이 훨씬 더 많다.
누에고치성운 Cocoon Nebula과 수많은 별무리 사진제공 Tony Hallas
이온화된 수소가스가 내뿜는 붉은 발광성운과 주변의 파란 반사성운, 그리고 암흑성운이 어우러져 보석처럼 빛난다.
태양이 핵융합으로 방출하는 에너지는
감마선 혹은 중성미자의 형태로 나온다.
태양 중심에서 핵융합으로 만들어진 빛이
태양표면까지 전달되는 과정은 매우 느리게 진행된다.
태양 내부는 수소 가스가 전리(電離)되어있는 고밀도의 플라즈마 상태이다.
여기서 생성된 빛은 불과 1cm 정도 진행하고 나면
수소핵과 충돌하여 흡수되었다가 다시 방출되면서 방향이 바뀐다.
이런 과정은 빛이 태양을 빠져나올 때까지 끝없이 되풀이 된다.
흡수가 일어날 때마다 자신의 에너지를 조금씩 잃게 되고,
높은 에너지의 감마선 빛 -광자-는 점점 낮은 에너지의 광자로 바뀌어
드디어 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선과 적외선, 자외선으로 바뀌어 방출된다.
끝없는 장애물을 극복하고
반경이 70만 km인 태양을 빠져나오는데
짧게는 수천 년, 길게는 1000만년이 걸릴 것으로 예측된다.
이 과정에서 잃어버린 에너지는
태양을 가열시켜 주면서 핵융합을 통해 태양이 붕괴하지 않도록 지켜주는 역할을 한다.
빛 -광자-의 힘든 여정은 우리에게는 무척 다행한 일이다.
태양 중심에서 만들어진 빛은 감마선 형태의 고에너지 복사선으로 생명체에게는 치명적이기 때문이다.
하지만 빛과 함께 생성된 중성미자는
불과 2~3초 만에 태양을 빠져나온다.
중성미자는 다른 입자들과 거의 반응하지 않기 때문이다.
핵융합 반응에서 최초로 태어난 광자가
가시광선의 광자로 바뀌면서 표면을 빠져 나오기 시작하면 우리는 비로소 새로 탄생한 별을 보게 된다.
격동하는 태양의 생생한 모습 사진제공 SST, Royal Swedish Academy of Sciences
아래 태양흑점의 세부적인 모습과 상단의 옥수수 낟알 같은 수많은 끓는 과립(顆粒)을 보여주는
이 놀라운 사진은 라 팔마의 카나리 섬에서 스웨덴 태양 망원경을 사용하여 2002년 촬영하였다.
흑점이 몰려 있는 지역은 자기장이 강하고, 온도가 주위보다 낮다.
태양의 중심부는 약 1600만 도의 초고온, 30억 기압의 초고압 플라즈마 상태로 되어 있다.
이렇게 태어난 원시성(原始星)이
핵융합으로 생성된 에너지와
태양 표면에서 빛에 의한 에너지 방출이 균형을 이루면
중력수축은 멈추게 되고 드디어 주계열성(主系列星, main sequence star)의 단계에 접어든다.
주계열성 -난쟁이별 또는 왜성矮星 dwarf star- 은
크기와 질량이 중간 정도인 대부분의 별의 일생에서 가장 긴 시간을 차지하는 진화 단계로,
별은 중심부에 있는 수소를 모두 태울 때까지 자신의 생애 대부분을 주계열성으로 보낸다.
부드러운 이미지로 변신한 우리 별 사진제공 Alan Friedman (Averted Imagination)
별은 자동온도조절 기능을 갖고 있다.
따라서 핵융합이 폭발적으로 늘어나서
별이 한꺼번에 타버리는 일은 일어나지 않는다.
별은 과열되면 팽창하게 된다.
별의 팽창은 중심부에서 에너지가 밖으로 빠져나가게 되고
그 결과 중심부의 압력이 떨어지게 되면서 다시 별은 수축하게 된다.
반대로 핵융합이 수그러들어 방출하는 열이 줄어들면
생성되는 열이 중력보다 약해지면서 별은 수축하게 된다.
별이 수축하면 중심온도가 다시 올라가 핵융합을 촉진시켜 더 많은 열을 방출한다.
방출된 열은 별을 다시 팽창시켜 원래의 평형을 회복하게 한다.
결국 별 속에서 일어나는 핵융합반응이 과열과 냉각을 막는 일종의 온도조절 기능을 하고 있다.
별이 주계열 상태로 존재할 수 있는 최대 질량은 태양의 약 120~200배 정도이다.
이보다 큰 질량이 뭉칠 경우 그 천체는 안정된 상태로 에너지를 빠르게 생산할 수 없게 되며,
여분의 질량은 천체가 안정된 질량 한계점에 이를 때까지 맥동 과정을 통해 내쳐지게 된다.
반대로, 핵융합 반응을 일으킬 수 있는 최소한의 질량은 태양의 8퍼센트 수준이다.
주계열성은 질량이 클수록 중심밀도는 낮지만
반경도 크고 광도도 커서 밝으며, 표면온도와 중심온도도 높다.
태양의 이웃 알파와 베타 센타우루스 사진제공 Babak Tafreshi (TWAN)
4.3광년 떨어진 우리에게 가장 가까운 별 알파와 베타 센타우루스가 은하수 은하 왼쪽에 자리를 잡고 있다.
시그너스 X 의 피가 끓는듯한 젊은 별무리 사진제공 NASA/IPAC/MSX
별들의 보석상자 NGC 3603 사진제공 NASA, ESA, and the Hubble Heritage
거대 성운 NGC 3603에서 수천 개의 반짝이는 젊은 별들이 새롭게 둥지를 틀고 있다.
NGC 3603은 우리 은하수 은하의 용골자리에 있는 잘 알려진 별들의 요람으로 약 2만 광년 거리에 있다.
별들의 요람 성운(星雲 Nebula)은
먼지, 수소가스, 헬륨가스 그리고 플라즈마로 이루어진 별구름이다.
성운의 대부분은 구름과 같이 경계선이 모호하다.
성운들은 별구름 안에 있는 먼지 때문에 자외선 파장의 방출에 밝은 광원으로 보인다.
막 태어난 젊고 뜨거운 별들은
막대한 양의 자외선을 내뿜어 우리에게 성운의 존재를 알려준다.
성운은 자신을 드러내는 방법이나 특성에 따라 여러 종류가 있다.
반사성운은 스스로 빛을 내지 않는 대신에
근처 별들로부터 받은 빛을 반사하여 스스로 빛을 내는 것처럼 보인다.
발광성운은 근처에 있는 별에서 나온 고에너지 광자 때문에
수소 가스가 전리(電離)되어 스스로 방출 스펙트럼을 만들어 낸다.
암흑성운은 성운 자체의 방출 또는 반사 빛이 보이지 않고
배후에 있는 별빛이나 발광가스를 흡수하므로, 검은 덩어리나 구름으로 보인다.
물질의 밀도가 매우 높아서 별의 생성에 중요한 역할을 한다.
이 외에도 행성상 성운과 초신성 잔해도 성운에 포함한다.
삼렬(三裂)성운 The Trifid Nebula 사진제공 Robert Gendler
M20으로도 불리는 봉숭아 꽃잎 모양의 이 성운은 궁수자리에 위치해있다.
붉은색을 내는 영역이 발광성운이며 그 안에 암흑성운이 있어 꽃잎모양을 선명하게 해준다.
발광성운 주위에 푸른 영역이 반사성운이며, 새로운 별들이 무리를 지어 태어나고 있다.
또 하나의 우주를 품은 방울성운 사진제공 Larry Van Vleet
방울성운 The Bubble Nebula NGC 7635이 가운데 큰 별 BD+602522 에서 나오는 태양풍과
방울성운의 우측에 있는 고밀도의 분자운(分子雲)에 막혀 신비로운 형태를 만들고 있다.
큰 별에서 나오는 복사로 방울성운이 빛난다. 카시오페아 Cassiopeia 자리에 있으며 방울지름은 대략 10광년크기.
불길한 예감? 사진제공 NASA, ESA, et al., & Hubble Heritage Team
카리나 성운 Carina Nebula의 크기는 300 광년 이상 펼쳐져 있으며
가장 에너지가 넘치는 별인 Eta Carinae를 포함하여 젊고 큰 별들의 고향이기도 하다.
어두운 부분이 암흑성운으로 분자운과 먼지가 두텁게 결합, 빛을 투과하지 않아서 어둡게 보인다.
화려한 크리스마스트리 별무리와 S Mon 사진제공 Dieter Willasch (Astro-Cabinet)
사진 왼쪽 삼각형을 닮은 것이 원뿔 성운이다.
소용돌이치는 가스 구름들이 붉게 나타나는 것은 어리고 뜨거운 별에서 방출되는 자외선 빛 때문이다.
중앙 오른쪽에 있는 가장 밝은 별이 S Mon으로 태양보다 8,500배나 밝다고 한다.
S Mon을 감싸고 있는 푸른색의 빛은 주변에 먼지가 밝은 별에서 나오는 빛을 반사하면서 생긴 반사성운이다.
불타오르는 젊은 별무리 NGC 7822 사진제공 Manuel Fernández Suarez
화려한 천체의 성운에서 젊은 별들의 빛과 암흑성운이 대비되면서 아름답게 천체를 채색하고 있다.
수많은 별들의 요람, 검은 먼지기둥은 언젠가는 연료가 고갈되어 더 이상 알을 품지 못하고 사라질 것이다.
장엄한 말머리성운 사진제공 Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, U. Arizona
오히려 용의 형상인 말머리성운 Horsehead nebula은 오리온자리 아래에 있는 가장 널리 알려진 암흑성운으로
뒤 쪽의 붉은 발광성운에서 나오는 빛이 차갑고 밀도가 높은 암흑성운 때문에 빛을 투과하지 못하고 말머리형상을 하고 있다.
거성의 웅장한 성채 사진제공 NASA, ESA and J. M. Apellániz (IAA, Spain)
NGC 6357 안에서 태어난 큰 별이 자신이 태어난 성채를 밝게 비추고 있다.
수소 가스와 먼지 덩어리들이 태양풍과 복사, 그리고 자기장과 중력 사이의 복잡한 상호작용으로 별로 환생한다.
태양 같은 종류의 별들은 무더기로 태어난다.
성간운 내부에서 별이 탄생한다고 하더라도
바깥에서는 그저 어둑어둑하고 괴이한 암흑 성간운으로 보일 뿐이다.
이렇게 새로 태어난 별들은
인큐베이터에서 어슬렁어슬렁 걸어 나와
자신들이 일생을 살아갈 자리를 찾아간다.
성운에서 수백 개 이상의 별들이
거의 동시에 탄생하여 집단을 이루는 것이 성단 star cluster이다.
성단의 모양이 구형인 것을 구상성단(球狀星團 globular cluster),
모양이 일정치 않은 것을 산개성단(散開星團 open cluster)이라고 한다.
산개성단은 주로 푸른색 별들이 많으며, 비교적 온도가 높은 젊은 별들의 집단이다.
반면에 구상성단은 붉은색 별들이 많고 비교적 온도가 낮으며, 나이도 100억년 이상 된 늙은 별들의 집단이다.
남쪽 하늘의 보석들 사진제공 Dieter Willasch (Astro-Cabinet)
구상성단 큰부리새자리 47(47 Tucanae)은 남쪽 하늘의 보석이다.
구상성단은 모두 비슷한 구조이며 별이 중심부에 밀집되어 있고 바깥쪽으로 갈수록 급격하게 적어진다.
은하계가 형성되었을 무렵에 이루어졌으며, 오랜 시간 동안에 별의 무질서한 운동이 자리를 잡으면서 구형이 되었다.
수백만 년 밖에 안 된 아기 별 사진제공 Ken Crawford (Rancho Del Sol Obs.)
NGC 7129 지역에 젊은 태양들이 있다. 젊은 별들이 태어나는 곳은 대부분 산개성단이다.
우리의 태양도 약 50억 년 전에 비슷한 모습으로 태어났을 것이다.
젊은 별들의 넘쳐나는 에너지를 주위에 있는 먼지가 반사하여 푸르스름한 색깔의 사랑스러운 모습을 하고 있다.
지금으로부터 약 50억 년 전
짙은 암흑 속에서 태양과 같이 태어난 형제와 자매 별들도
지금은 은하수 은하의 이 구석 저 구석 흩어져서 자리를 잡고 살아가고 있을 것이다.
'19[sr]우주,지구' 카테고리의 다른 글
| [스크랩] 빅뱅이론 - The Big Bang Theory (0) | 2015.04.02 |
|---|---|
| [스크랩] 별의 일생 IV 장엄한 종말 (0) | 2015.04.02 |
| [스크랩] 별의 일생 II 탄생의 순간 (0) | 2015.04.02 |
| [스크랩] 별의 일생 I 원자 -또 다른 우주 (0) | 2015.04.02 |
| [스크랩] 끈이론과 초끈이론 그리고 M이론, 원리로서 확립된 연기법 (0) | 2015.03.27 |