별의 생애주기에 대한 질문백서

별의 일생이란 말 들어보셨나요? 지구상에서는 생명체가 탄생하기 이전인 약 46억년전 우주 공간으로부터 태양계가 형성되고, 이로부터 1억 5천만년 후 최초의 원시 행성이 만들어졌어요. 그리고 45억년 전쯤엔 우리 은하 내에 존재하는 모든 항성들이 생성되었어요. 이렇게 만들어진 수많은 별 중에서도 특히나 주목받는 별이 있었으니, 바로 ‘태양’입니다. 인류에게 빛과 열을 제공하며 밤하늘을 아름답게 빛내주는 고마운 천체죠. 하지만 이러한 태양도 수명이 다하면 결국 죽음을 맞이하게 되는데요, 이때 발생하는 현상이 바로 ‘초신성 폭발’입니다. 초신성 폭발은 거대한 에너지를 방출하면서 엄청난 밝기로 빛나는 매우 특별한 사건이에요. 그렇다면 과연 어떤 과정을 거쳐 일어나는 걸까요?

별의 나이란 무엇인가요?

별의 나이는 겉보기 나이와 실제 나이 두 가지로 구분되는데요, 먼저 겉보기 나이는 관측자 입장에서 봤을 때 보이는 모습 그대로를 의미해요. 즉, 실제로 관찰되는 별의 상태와는 무관하게 단지 멀리 떨어져 있다는 이유만으로 결정되는 수치랍니다. 반면 실제 나이는 질량 중심 주위를 도는 행성의 공전 주기를 이용해서 계산하는데요, 만약 목성처럼 무거운 별이라면 그만큼 오래 살겠죠? 또한 블랙홀 같은 경우 중력이 너무 커서 시간이 천천히 흘러가기 때문에 다른 별과는 달리 훨씬 긴 시간 동안 늙지 않고 젊게 유지된답니다.

별의 색깔은 왜 변하나요?

일반적으로 별의 표면 온도가 높을수록 푸른색을 띠며, 반대로 낮을수록 붉은색을 띱니다. 따라서 붉은 색일수록 뜨거운 별이고, 푸른색일수록 차가운 별이죠. 물론 예외도 있답니다. 예를 들어 백색왜성은 주변 물질들을 모두 흡수했기 때문에 차갑게 보이지만, 내부에선 여전히 핵융합 반응이 일어나고 있죠. 그래서 아주 오랜 시간동안 스스로 빛을 내는 적색거성이 될 수 있답니다.

별의 크기 변화는 어떻게 알 수 있나요?

별의 크기는 광도와 절대 등급이라는 두 가지 요소를 통해서 알아볼 수 있어요. 먼저 광도는 단위 면적당 받는 복사에너지의 양을 뜻한답니다. 이를테면 태양의 광도는 8.8W/m2이며, 시리우스는 4.5W/m2이랍니다. 다음으로 절대 등급은 얼마나 어두운지를 나타내는 지표로서, 10등급 차이는 대략 2.5배 차이이므로 -10등급이면 +10등급보다 100배 어둡다는 걸 의미해요. 참고로 현재까지는 유일하게 발견된 청백색 별로 알려진 베텔게우스는 6.7등급이지만, 0등급보다도 무려 7천 배나 밝답니다.

별의 수명은 어떻게 되나요?

별의 수명은 사람처럼 나이를 먹는다고 표현하는데요, 태양계 내에서는 약 100억년 이상 살았다고 합니다. 지구상에서도 생명체가 탄생하기 위해서는 수십억년이라는 시간이 걸리는데 우주라는 공간 안에서 인간보다도 훨씬 긴 시간동안 살아있는 별이라니 너무 신기하지 않나요?

별의 온도는 얼마나 높나요?

별의 온도는 절대온도 0K(-273°C)에서부터 10^10K(1016°C) 까지 다양하게 존재한다고 해요. 하지만 대부분의 별들이 1~5K 사이이고 5K 이하인 경우엔 적색거성 단계라고 하네요. 참고로 이 숫자들을 K단위로 바꾸면 1000배씩 커진다고 하니 엄청나네요..

별의 크기 변화는 어떤가요?

별의 크기는 점점 작아지는 과정을 거치게 되는데요, 처음 태어났을 때 지름이 수십km였던 별이 수소 핵융합 반응을 거쳐 중심부의 헬륨핵 융합반응단계까지는 성장하지만 이후부터는 수축하면서 결국 백색왜성이 된다고 합니다. 이렇게 작은 별이라면 육안으로는 보기 힘들겠죠?

별의 표면온도는 왜 변하나요?

별의 표면온도가 변하는 이유는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데요, 먼저 외부로부터 열을 흡수하거나 방출하기 때문입니다. 예를 들어 태양같은 경우 대기권 밖으로부터 지구에게 엄청난 양의 복사에너지를 보내주고 있죠. 또한 내부에서도 스스로 빛을 내기 위해 광자를 계속 만들어내는데, 이것이 우주공간으로 퍼져나가면서 주변의 물질들을 가열시켜 다시 안쪽으로 들어오게끔 합니다. 이렇게 해서 만들어진 적외선 영역의 가시광선이 관측되는 거랍니다.

별의 색은 왜 변하나요?

별의 색은 스펙트럼 분석을 통해 알 수 있는데요, 빨간색 계열의 파장쪽 원소 함량이 많을수록 붉은색을 띄게 되고, 파란색 계열의 파장쪽 원소 함량이 많을수록 푸른색을 띄게 됩니다. 그리고 백색왜성 같은 경우 질량이 매우 큰 별이기 때문에 적색거성이 된 후 초신성 폭발을 일으키는데 이때 모든 원자가 붕괴되면서 헬륨 등 무거운 원소만이 남게 되어 흰색을 띄게 된답니다.

우리 눈에 보이지 않는 먼 곳 어딘가에선 지금도 수많은 별들이 태어나고 있겠죠? 여러분 모두 반짝반짝 빛나는 별같은 삶을 살아가길 바랄게요!

 

지금까지 별의 생애주기에 대해 알아보았습니다. 앞으로는 하늘을 보면서 “아 저 별은 언제 태어났을까?”라는 궁금증을 가져보는 건 어떨까요?