성운과 별의 탄생 이야기

성운과 별의 탄생 이야기

성운은 주로 수소와 약간의 헬륨으로 이루어져 있다고 한다. 아주 넓은 공간에 흩어져 있어서 성운에 따라서는 별 수백 개의 질량에 해당하는 큰 질량을 가지고 있는 것도 있다. 그러나 성운이 퍼져 있는 공간이 매우 넓기 때문에 성 운의 밀도는 매우 낮아 공간은 거의 텅 빈 것처럼 보인다고 한다. 성운의 중심에서 도 1cm2에 겨우 10개 정도의 수소를 발견하는 것이 고작이다. 그리고 온도 가 영하 270°C 정도로 아주 낮아서 입자들이 매우 천천히 움직이므로 입자 들 사이에 충돌은 거의 일어나지 않다고 한다. 성운에서 우연히 다른 곳보다 밀도가 높게 된 부분이 핵이 되어 이 점을 중심으로 더 큰 질량이 응축하게 되는데 이런 점들을 글로벌(globule)이라고 한다. 글로벌들은 별들의 모체가 된다. 지구의 대기 중에는 아주 많은 양의 산소와 질소가 있는데 성운의 밀도에 비하면 10배나 되는 높은 밀도라고 한다. 이런 높은 밀도에도 불구하고 이 원자들이 인력에 의해 하나의 큰 질량으로 뭉치지 않는 것은 대기의 온도가 높아 원자들의 운동이 활발해서 서로에게서 달아나려는 운동에너지가 원자를 잡아당기는 만유인력보다 훨씬 크기 때문이라고 한다. 일단 글로벌이 형성되면 자체의 인력에 의해 기체 덩어리는 급속히 작아지게 되어 기체는 안으로 몰려들고 밀도는 점차 증가하게 된다. 기체 덩어리가 작아짐에 따라 기체 원자들 사이에는 빈번한 충돌이 생겨 인력에 의해 중심으로 빨려들면서 얻어진 운동에너지가 열에너지로 바뀌게 된다. 이에 따라 이 글로블 중심부의 온도가 올라가게 된다. 이런 상태에서는 원자들의 움직임이 매우 느려지고 운동에너지가 작아져서 만유인력이 운동에너지를 압도하게 된다. 그러면 성간물질들은 만유인력에 의해 점점 더 높은 밀도로 응축하게 된다. 만유인력에 의한 이러한 응축 작용은 거대한 성운의 여러 곳에서 동시에 일어나게 될 것이다. 기체 원자의 운동에너지가 커져서 기체 원자가 활발하게 움직이기 시작하다. 마찬가지로 성운의 입자들이 하나의 거대한 질량으로 뭉치지 못하고 있던 것은 성운의 온도가 매우 낮긴 했지만 온도에서 원자가 가지는 운동에나 지가 아직은 인력보다 크기 때문이었다. 그러나 이제 어떤 이유로 성간물질의 밀도가 높아지면 빛이 내부까지 침투하지 못하게 되어 내부의 온도는 더 내려가 절대온도 0도에 가깝게 된다. 그러나 질량의 집중으로 인력이 커졌기 때문에 입자들은 이 인력권에서 벗어나기 힘들게 된다. 따라서 글로벌은 점점 더 작게 응축하게 되고 이에 따라 글로벌의 온도는 점점 더 올라가게 되어 지구의 관측자에게는 불그스름한 불덩어리처럼 보이게 된다. 이것이 이제 막 태어나기 시작하는 아기별 (protostar) 이라고 한다. 그러나 이 아기별은 아직도 인력에 의한 응축을 이겨낼 수 없기 때문에 더욱 수축하고 온도는 더욱 올라간다. 그리하여 마침내 아기별의 내부에서 수소가 헬륨으로 변하는 핵융합 반응을 일으킬 수 있는 조건에까지 이르게 되면 드디어 아기별의 핵에서 핵융합 반응이 시작된다고 한다. 별의 내부에서 핵융합 반응이 일어나서 에너지가 공급되면 입자들의 운동에너지가 증가하여 만유인력에 의해 응축하려는 힘에 견딜 수 있게 된다. 질량이 크면 클수록 아기별 상태에서 청년 별에 상태로 옮겨가는 시간이 짧고 청년 별이 되어서도 더 활발한 핵융합 반응함으로써 오히려 청년기가 더 짧게 된다. 태양 정도의 질량을 갖는 별은 청년기가 약 100억 년 정도 될 것으로 추정하고 있다. 따라서 이제 약 50억 년의 나이를 가진 태양이 매초 6억 톤의 수소를 헬륨으로 변환시키더라도 태양이 가지고 있는 모든 수소를 헬륨으로 바꾸기 위해서는 아직도 50억 년은 더 기다려야 하지 않을까 생각하게 된다. 이런 상태가 되면 아기별은 응축하는 것을 멈추고 스스로 빛을 내는 청년 별로 변신하게 된다. 청년 별은 내부의 핵융합 반응에 의해 푸른 빛을 내는 밝은 별로 이런 상태는 이 별이 가지고 있는 수소를 다 소비할 때까지 계속된다. 그러나 수소의 양이 많다고 해서 이 별의 청년기가 더 오래 가는 것은 아니라고 학자들은 말하고 있다.