별의 아름다운 죽음

 

 

별의 수명은 그 질량에 따라 달라진다. 질량이 큰 별은 초신성 폭발로 생을 일찍 마감하지만 태양처럼 질량이 작은 별들은 비교적 오래 그리고 조용히 생을 마감한다. 별이 핵융합으로 중심핵에 있던 수소를 소진하면 핵융합의 불길은 중심핵 외곽으로 옮겨간다. 이 때 별의 바깥층이 크게 가열되므로 별은 팽창하기 시작한다. 별이 팽창하면 별의 표면온도가 떨어지므로 별은 붉은색을 띠게 된다. 적색거성이 되는 것이다. 어느 한도 이상 커지면 별의 표면층이 중력을 벗어나서 우주공간으로 유출되기 시작한다. 그리고 마침내 별 속에서 진행되던  핵융합이 멈추면 별은 더 이상 스스로의 중력을 지탱하지 못하고 수축하기 시작한다. 그 동안 별을 지탱하던 핵융합의 열에 의한  ‘팽창하려는 힘’이 사라졌기 때문이다. 태양 정도 크기의 별은 대략 지구 정도의 크기까지 줄어든다. 그 이유는 별의 수축으로 인해 전자들간의 거리가 가까워져서 전자들 사이에 작용하는 반발력이 수축을 방해하고, 지구 정도 크기에서 수축하려는 힘과 같아지기 때문이다. 이렇게 지구 크기로 줄어든 별은 작지만 매우 온도가 높은 흰색의 별, 백색왜성이 된다. 이와 동시에 별의 외곽층은 별의 중력을 벗어나 우주공간으로 흘러나가 밝게 빛나는 성운이 된다. 이 성운을 행성상성운이라 한다. 이 이름은 작은 망원경으로 보면 행성처럼 둥근 원반모양으로 보이기 때문에 붙었다. 행성상성운이 펼치는 아름다운 우주 쇼는 만년 정도 지속되다가 천천히 우주공간 속으로 사라진다.

 

행성의 운명

 

 

태양이 죽음을 맞으면 행성들은 어떻게 될까? 사진은 태양과 비슷한 별(HD 209458) 주위를 도는 행성의 대기가 증발하는 상상도이다. 목성과 비슷한 기체 행성이 모성에 너무 가까이(궤도 반경 700만 km) 있어서 초당 1만 톤의 수소가스를 잃고 있다. 이 행성은 대기를 모두 잃고 작은 중심핵만 남게 될 것이다. 태양이 죽으면 목성의 운명도 이와 비슷하다. 수성이나 금성은 태양이 부풀어 올라 적색거성이 되면 그 불길 속으로 들어가게 된다. 지구는 이 재난을 피해갈 가능성이 있지만 행성상성운의 불길을 피해갈 수는 없다. 지구의 바다와 대기는 순식간에 증발하여 우주공간으로 날아가고 지각은 녹아 내릴 것이다. 다행인 것은 이런 일이 50억년 후에 일어난다는 것이다. [사진_ESA 등]

 

 

죽어가는 별 허블우주망원경이 촬영한 죽어가는 별(NGC 2818)의 모습이다. 태양과 질량이 비슷한 별이 일생의 마지막 단계에서 만들어낸 이 성운은 뜨거운 중심별에서 방출한 기체 껍질로 이루어져 있다. 중심별이 내는 전자기파에 의해 들뜬 기체 원자들이 특유의 빛을 낸다. 질소는  붉은색, 수소는 초록색, 그리고 산소는 푸른색이다. 성운은 수 만 년에 걸쳐서 서서히 어두워져서 어둠 속으로 사라진다. 이 성운은 나침반자리 방향으로 10000광년 거리에 있다.  [사진_NASA, ESA]

 

 

빛의 연못 모든 행성상 성운의 중심에는 작고 뜨거운 흰색의 별, 즉 백색왜성이 있다. 이 성운(NGC 3132)의 중심에도 밝은 흰 별(10등급)이 보인다. 하지만 이 성운을 만든 별은 그 별이 아니라 그 옆에 보이는 희미하고 작은 별(16등급)이다. 이 별은 지구만하지만 표면온도가 10만도가 넘는 뜨거운 별이다. 태양 보다 16배나 더 뜨겁다. 이 성운은 남반구의 돛자리 방향에 있고 고리모양을 하고 있기 때문에 ‘남쪽고리성운’이라 불리지만, 물이 고인 연못처럼 보인다. ‘남쪽고리 성운’은 돛자리 방향으로 약 2000 광년 거리에 있다. [사진_The Hubble Heritage Team]

 

 

나비의 날개 행성상성운의 모양은 다양하다. ‘양극 성운’ 또는 ‘쌍둥이 제트 성운’이라 불리는 이 성운(M2-9)은 나비처럼 나풀거리는 긴 날개를 가졌다. 이런 날개는 어떻게 생겨난 것일까? 태양은 홀로 있는 별이지만 우주의 많은 별들은 다른 별들과 쌍성을 이룬다. 이 성운을 만든 별도 쌍성을 이루는 별이다. 이 별은 동반성과 함께 커다란 기체 원반 안에서 서로 돌고 있는데, 이 원반이 별에서 분출된 기체들을 양쪽으로 갈라서 날개 모양으로 변하게 하였다. 아울러 동반성은 별 표면으로부터 가스를 끌어 당겨 우주공간으로 빠르게 유출되도록 돕는 작용을 하는 것이 아닌가 생각된다. 이렇게 행성상 성운은 그 별이 가진 동반성, 자전 속도, 자기장, 행성 등의 변수로 다양한 모양을 가진다.[사진_Bruce Balick, NASA]

 

 

우주의 개미 왜 이 성운은 특이한 개미 모양을 하고 있을까? 이 개미성운(Mz 3)도 ‘양극 성운(M2-9)’ 처럼 양쪽으로 제트를 분출하고 있지만, 그 분출속도가 ‘양극 성운’ 보다 10배나 더 빨라서 초속 1000km가 넘는다. 행성상 성운의 가스 분출 속도가 이 정도로 빠른 것은 드문 일이다. 이 성운을 만든 중심별도 동반성이 있어서 그 동반성이 강한 조석력(밀물, 썰물을 만드는 힘)을 미쳐서 유출하는 가스의 모양을 결정짓는 것이 아닌가 생각된다. 이 동반성은 지구와 태양 사이 거리만큼 가까이 있을 가능성이 있다. [사진_NASA 등]

 

 

우주에서 가장 추운 곳 ‘부메랑 성운’은 알려진 우주에서 가장 차가운 곳이다. 중심별로부터 시속 60만 km(초속 164km)로 불어오는 가스와 먼지바람이 대칭 모양의 구름을 만들었다. 가스의 급격한 팽창은 성운 가스의 분자들의 온도를 1K(-272℃)까지 냉각시켜 이 성운을 우주에서 가장 차가운 곳으로 만들고 있다. 부메랑 성운은 켄타우루스자리 방향으로 5000광년 거리에 있다. [사진_NASA, ESA]

 

 

양파껍질에 싸인 고양이 눈 ‘고양이 눈 성운(NGC 6543)’은 매우 복잡한 구조를 갖고 있다. 허블 우주망원경으로 관측한 고양이 눈 성운은 고속의 제트와 충격파로 만들어진 매듭 모양 주위로 양파껍질처럼 둘러싼  동심원 구조가 보인다. 이 껍질은 모두 11겹이나 되는데 이것은 중심별이 대략 1500년 마다 한 번씩 많은 양의 가스를 방출했기 때문이다. ‘고양이 눈 성운’은 용자리 방향으로 3000광년 거리에 있다. [사진_NASA, ESA 등]

 

 

 

꽃송이가 된 고리성운 ‘고리성운’은 하늘에서 토성의 고리 다음으로 유명한 고리이다. 그런데 스피처 적외선 망원경으로 관측한 이 사진에는 우리가 익히 알던 고리 둘레로 꽃잎처럼 둘러싼 루프 구조가 보인다. 잘 보이지 않던 구조가 적외선 관측으로 선명하게 드러난 것이다. 이제는 이 성운을 ‘고리성운’이 아니라 ‘꽃송이 성운’으로 불러야 하는 것은 아닐까? ‘고리성운’은 거문고자리 방향으로 약 2000광년 거리에 있다.[사진_NASA, JPL 등]

 

 

50억년 후의 태양 우리 태양의 운명은 어떻게 될까? 사진은 물병자리 방향으로 약 600광년 거리에 있는 ‘나선성운(NGC 7293)’이다. ‘신의 눈’이라고도 불리는 이 성운은 전형적인 행성상성운이다. 이 성운의 중심에 있는 백색왜성의 표면 온도는 12만도나 된다. 50억년 후 동반성이 없는 우리 태양도 바깥껍질이 떨어져나가 이와 유사한 행성상성운을 만들 것이고 나머지 중심부분은 수축하여 지구크기의 백색왜성이 될 것이다. [사진_ESO]

 

 

나선성운 속의 혜성 매듭 ‘나선성운(NGC 7293)’의 안쪽 가장자리를 허블우주망원경으로 확대 촬영한 사진이다. 왼쪽 위가 중심별 방향이고 오른쪽 아래는 성운이 팽창해나가는 방향이다. 혜성처럼 생긴 덩어리가 많이 보인다. 이것을 혜성매듭이라고 부르는데 머리의 지름은 수십억 km, 꼬리의 길이는 수백억 km나 된다. 머리 하나의 크기가 우리 태양계만하다. 나선성운에는 이런 혜성매듭이 수천 개나 있다. 혜성매듭은 나중에 분출된 뜨겁고 빠른 기체 껍질이, 먼저 분출된 느리고 차갑고 밀도가 높은 기체 껍질과 만나면서 엉겨 붙어 만들어지는 것으로 추측된다. [사진_ESO]

○우주에 핀 ‘장미꽃’…희귀 은하구름 포착

드넓은 우주 공간에 한 송이 ‘장미꽃’이 피어난 것일까? 당장이라도 부드러운 향기가 진동할 것 같은 희귀

‘우주운(宇宙雲, cosmic clouds)’이 포착돼 네티즌들의 관심이 집중되고 있다.

미국 과학전문매체 라이브 사이언스닷컴의 16일(현지시간) 보도에 따르면, 해당 사진은 남아메리카 칠레 ‘라 실라 천문

관측소’에 설치되어있는 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory, ESO) 다중반사 망원경으로 촬영된

것이다.

켄타우로스 성좌 인근에 위치해있는 이 ‘우주 장미’의 정체는 수천억 개에 달하는 별들과 그 사이에 있는 가스, 먼지가 총

집합된 은하계의 구름, 즉 ‘우주운(宇宙雲, cosmic clouds)’으로 현재 ‘Gum 41’이라는 명칭이 붙여졌다.

이 구름은 밀도가 매우 높아 뒤에서 나오는 별빛을 차단시키기도 한다.

지구에서 약 7,300광년 떨어져있는 이 우주 장미 구름의 붉은 빛은 어떻게 만들어진 것일까? 천문대 관계자에 따르면,

이는 성운 중심에서 탄생한 ‘신생 별’에서 방출되는 방사선이 수소물질과 결합하면서 나타나는 것으로 흔히 목격되지

않는 희귀한 현상이다.

참고로 해당 현상과 유사한 사례는 한 가지 더 있는데 바로 지구로부터 5,000광년 떨어져있는 지름 100광년의

라군 성운 (The Lagoon nebula)으로 궁수자리에서 관찰된다.