항성의 탄생과 진화

우리가 흔히 알고 있는 별의 또 다른 이름이 항성이다. 별은 항상 밤하늘에 존재하며 종종 영원에 비유되기도 한다. 하지만 이런 영원의 상징인 별 또한 모든 생명체 처럼 탄생과 죽음을 거친다. 단지 우리는 그 변화를 인지하지 못할 뿐이다 왜냐하면 별이 탄생하면서 소멸하기 까지의 엄청난 시간에 우리 인간의 인생은 극히 일부분에 지나지 않기 때문이다. 일반적으로 인간의 생명주기는 100년 정도라고 한다면, 별의 수명은 대략 100억년이라고 하니, 이는 흡사 하루살이가 태어나 하루를 살며 인간의 모습을 관측하는 것과 같은 모습이라 할 수 있을 것이다.  가끔 뉴스를 통해 별이 폭팔했다는 소식을 듣곤 하는데, 이렇게 폭팔하는 별을 '초신성'이라 한다. 바로 이것이 별이 죽음에 이르는 순간이다. 그렇다면 별은 어떻게 생겨나고, 어떤 진화 과정을 거쳐 소멸하는지 대해서 한번 알아보자.

별의 탄생 과 소멸 

일반적으로 항성이 만들어지는 원리는 우주 공간에 많은 가스와 먼지 등이 중력에 의해 한곳에 집중하게 면서, 서서로 뭉쳐지고 엄청나게 커지게 된다. 중력 작용으로 인해 엄청난 압력이 생겨 핵융합이 시작이 면서 원시별이 탄생하게 된다. 태양과 같은 높은 질량을 가진 별일 경우엔 수소핵융합을 하다가 수소를 다 소모하게 되면 헬륨 핵융합을 하고, 탄소 핵융합을 한다. 서서히 무거운 원소가 생성되고 갈 수록 더 높은 운도를 내야만 다음 핵융합을 할 수 있는데 질량은 작은 별은 중간에 에너지를 다 소모하고 식어가게 된다. 이런식으로 서서히 식어서 차가운 별인 백생왜성이 된다. 이보다 더 큰 질량을 가진 더 큰 별은 중심의 중력이 더 크기 때문에 중성자별에서 더욱 수축하는데 압축한계를 넘어서 수축의 힘을 넘기지 못해서 폭발(초신성) 하게 된다. 여기서 더 발전하여 초신성 폭발후에 중력이 계속 수축하여 무한의 중력을 가지게 도면 블랙홀이 된다. 

별의 구조

항성 내부 제일 안쪽에는 중심핵이 위치하게 되며, 중심부에서 원자핵이 육합하기 시작하며 에너지를 분출하며, 여기서 발산되는 광자들이 주변 플라즈마와 반응하며 중심핵에 열에너지를 공급하게 된다. 항성 내부의 온도는 중심에서 외부로 갈수록 낮아지는 현상을 보인다. 중심핵을 벗어나면 복사층이 보인다. 이 복사층은 복사열 전달로 에너지 흐름이 효율적으로 유지되는 구간이다. 복사층의 플라즈마는 안정되고 움직임이 없는 상태이다. 이 안정된 상태가 깨지게 되면 플라즈마는 불안정해져 대류작용을 하게 되고 대류층의 구간을 형성한다. 대류층은 에너지가 대류의 형태로 전달되는 구간이며, 이 구간은 항성이 가지고 있는 질량에 따라 결정이 된다. 이 구간을 넘어 외부에 우리 눈으로 관측이 되는 항성의 표면을 광구 라고 한다. 이 곳은 항성의 플라즈마가 빛 형태의 광자로 투명하게 바뀌는 과정을 나타난다. 보통 광구 표면에는 흑점이 생기는 경우가 있는데, 이는 주변보다 상대적으로 온도가 낮아 검게 보이는 것이다. 광구 보다 더 높은 고도에는 대기층이 펼쳐진다. 채층에서 조금더 밖을 보면 온도가 급격하게 상승하는 지역을 볼 수 있는데, 이는 코로나로 극도로 뜨겁게 가열된 플라즈마가 넓게 퍼져 있는 영역이다. 항성에서 이온과 전자등이 바람의 형태로 방출 되는 현상이 발생하는데 이를 항성풍이라 부른다. 항성풍은 플라즈마 입자 형태로 우주공간에 퍼져 나가며 성간물질들과 반응하며, 우주 공간으로 퍼져나가 다른 행성들에게도 영향을 주게 된다. 

                                     <태양과 극대거성과의 크기 비교>

별의 크기

항성은 원시성에서 출발해서 거성,적색거성, 초거성 그리고 극대거성 순으로 나누어진다. 보통 크기로 구분을 하게 되는데, 일반적으로 크기를 구분하는 기준은 반지름이 아닌 질량으로서 구분 짓는다. 거성은 태양의 10~50배 정도 되는 일반적인 큰 별 (Giant) 을 가리키며, 적색 거성(Red Giant) 는 거성의 하나의 종류로서, 태양의 약 100~200배 정도 되는 크기의 별이다. 적색거성이라 불리는 이유는 중심핵 부분의 수소가 모두 소진되면서 외부에 작용하는 가스압에 의해 중력에너지가 발생하게 되고 이에 따라 내부온도가 상승하는데, 이때 외곽 껍질의 온도는 그 보다 더 늦기 때문에 불그스름한 적색을 띄게 되기 때문이다. 초거성은 태양의 500배 정도 되지만, 광도는 30,000 ~ 수십만배 정도 된다고 한다. 초거성은 질량이 너무 커서 수명이 1천만년~3천만년 수준에 불과하다. 마지막으로 극대거성이 있는데, 일반적으로 매우 큰 질량손실률을 보이는 아주 밝은 빛을 띄는 어마어마한 크기의 별을 의미한다. 현재까지 발견된 가장 큰 별은 '시퍼이' 나 VY 캐니스 매이저리스' 정도로 얘기할 수 있는데, 태양 반지름의 2000배 이상이라고 관측이 된다. 이별의 가공할 만한 크기는 사진과 같이 컨셉사진에서도 알수가 있는데 태양의 존재가 작은 점하나로 표현 될 정도니 크다 못해 무서울 정도다. 질량으로 따지면 태양보다 20배 정도 밖에 크지 않지만 표면 온도가 3000K 정도 되고, 죽음을 앞두고 엄청나게 부풀어 오른 상태라고 생각하면 된다.