별의 탄생과 소멸, 별의 생애

 맑은 날에 밤하늘을 보다 보면 참 많은 것들이 보인다. 반짝이는 별들과 달을 보다 보면 밤하늘을 수놓는 수많은 천체들은 어디에서 왔고 어디로 가는지와 같은 생각이 문득 들게 된다. 가장 가까운 별인 태양부터 밤하늘에서 가장 밝게 보이는 북극성같이 저런 큰 별들은 어떻게 생성되었을까? 그리고 어떤 방식으로 존재하고, 소멸될까? 이번 포스팅에서는 별이 탄생부터 소멸까지의 과정을 간단하게 알아보도록 하겠다.

 

북극성과 동반성, 출처 : NASA, ESA, G.Bacom(STScl)

 

별의 탄생

 

 별을 이루는 그 수많은 물질들은 어디에서 왔을까? 주변에 보이는 산, 바위와 같은 지형지물도 어느 순간 갑자기 생성된 것은 없을 것인데, 하물며 그보다 더 큰 별은 어떻게 만들어졌을까?

 

 별도 만들어지기 전까지는 우주 먼지에 불과했다. 별은 은하에 존재하는 성간물질에서 태어난다. 이 성간물질의 주성분은 가스와 우주 먼지이고 이런 물질들의 주성분은 수소와 헬륨이다. 그렇다면 우주에 존재하는 이런 성간물질들은 어디서 온 것일까? 이는 재미있게도 별과 같은 천체들이 붕괴한 잔해이다. 지구에서 일어나는 현상과 같이, 우주에서도 이런 순환이 일어난다.

 

별이 탄생하는 과정 상상도

 

 이런 성간물질들 속에서 특별한 일이 발생한다. 예를 들어서 주변에서 있던 폭발의 영향으로, 또는 단순히 물질들 사이의 에너지 불균형으로 성간운이나 성간물질 사이 존재하던 평형이 붕괴되기 시작한다. 이렇게 되면, 성간에 존재하던 물질들이 서로의 중력에 이끌려서 수축이 일어나게 되어 원시적인 별의 모습이 형성된다. 이런 현상이 반복되면서, 주변의 물질들을 끌어들이면서 덩치가 커지고, 원시성의 핵 부분 밀도는 계속 증가하게 된다. 이렇게 핵의 밀도가 증가하다가 특정 온도와 밀도에 다다르면 핵융합 반응이 시작되면서 에너지가 방출된다.(보통 크기가 작은 별들은 충분한 밀도와 온도를 갖추지 못해서 수소를 헬륨으로 바꾸는 수소핵 융합 반응이 일어나고, 크기가 더 커질수록 더 무거운 원자들을 만들어내는 핵융합 반응이 일어난다)

 

 이렇게 별에서 핵융합 반응이 일어나게 되면, 발생하는 빛과 에너지 때문에 주변에 존재하던 성간물질인 가스와 먼지들이 사라지고, 이때가 되면 우리가 아는 빛을 반짝이는 별의 모습이 된다.

 

별의 생애

 

이렇게 만들어진 별들은 핵에서 일어나는 수소핵 융합 반응을 통해 에너지를 발생시키면서 생애를 보낸다(보통 별의 운명은 초기 질량에 의해 거의 좌우된다). 이렇게 오랜 시간 동안 수소핵 융합을 통해서 헬륨을 만들다 보면, 핵에 존재하는 수소의 양이 줄어들면서 점점 헬륨이 쌓이기 시작한다. 헬륨이 많이 쌓여간다는 것은 별이 늙어간다는 것인데, 자신의 핵에 존재하는 수소를 얼마나 빠르게 소모하는지에 따라서 별의 수명이 결정된다. 

 

태양은 후에 적색거성의 단계를 거친다.

 

 별의 핵에 존재하는 수소가 거의 사라지고 헬륨이 많아지게 되면, 별은 두 가지의 길을 걷는다. 태양과 질량이 비슷한 별은 외곽이 부풀어 오르면서 적색거성의 단계를 거치고 붕괴하고, 태양 질량의 9배 이상인 별들은 중심핵의 헬륨을 통해 헬륨 핵융합 반응을 하면서 적색 초거성의 단계를 거치게 된다. 태양 질량의 9배 이상인 별들은 이런 식으로 핵융합을 반복하다가 핵융합 반응으로 철이 생성되면 별의 생애가 마무리되게 된다.

 

별의 죽음

 

 더 이상 에너지를 생성할 수 없게 된 별은 외곽층을 성운의 형태로 외부에 방출한다. 이 과정을 거친 후에, 남아있는 질량이 태양의 질량과 비슷한 별들은 수축하며 백색왜성, 흑색 왜성이 된다. 그리고 태양 질량보다 무거운 별들은 내부의 에너지를 견디지 못하고 급속히 붕괴하면서 초신성 폭발이 일어나게 된다. 그리고 자연이 그렇듯이, 이렇게 붕괴하면서 만들어지고 뿌려진 입자들은 다시 별의 재료가 되어서 다시 별의 생애를 이어나가게 된다. 

 

초신성 폭발. 출처 : 네이버 지식백과, NASA