넌 나의 sunshine~ 항상 빛을 내는 천체. 항성

태양이네요. 네. 태양입니다. 태양처럼 항상 빛을 내는 천체를 우리는 항성이라 부릅니다. 우리 지구에 있어서 가장 가까운 항성은 태양이 되겠죠. 오늘은 항성에 대해 알아보도록 하겠습니다. 우선, 스스로 빛을 낸다는 점에 포커스를 맞춰 보겠습니다. '빛을 낸다.' 는 곧 '에너지를 생산한다.' 와 같은 의미입니다. 그런데 스스로 빛을 낸다는건 스스로 에너지를 만든다는 뜻인데 어떻게 이런일이 가능할까요? 자가 전기 발전기를 생각해봅시다. 스스로 전기를 발전합니다. 하지만 전기 발전기는 기름을 연료로 사용합니다. 즉, 스스로 에너지를 만들기 위해선 연료를 소비해야함을 뜻하는 겁니다. 이와 마찬가지로 태양도 스스로 빛을 내기 위해서는 연료를 태우는데 이때 쓰이는 연료가 수소입니다. 과연 수소를 어떻게 하길래 스스로 빛을 낼 수 있는 것일까요? 여기엔 핵융합개념이 들어갑니다. 에너지를 만드는데 쓰이는 것중 유명한게 핵분열입니다. 대표적으로 핵폭탄이 이 핵분열을 이용해서 폭발에너지를 만들어냅니다. 그 어마어마한 핵폭발이 핵분열을 쓰는데... 이 핵분열보다 더 효율적인 에너지생산방법이 핵융합입니다. 항성 중에 태양으로 설명드리자면 태양 부피의 대부분이 수소로 이루어져있습니다. 그리고 이 수소들은 1000만도가 되면 그 성질이 변하는데 바로 이것이 수소핵융합입니다. 수소핵융합이란 수소원자 4개가 뭉쳐 헬륨원자 1개가 되는데 이때 질량손실이 생깁니다. 이때 에너지보존법칙이 증명하듯 질량손실 된게 그냥 이 세상에서 사라지는게 아니라 손실된 만큼 다른 형태의 에너지로 나오게됩니다. 그 중 한 형태의 에너지가 빛에너지이고 이때 나오는 빛에너지가 바로 햇빛이 되는겁니다. 수식으로 간단히 표현하자면 4 + 4 = 7.5 + 에너지 = 8 이런식인거죠. 숫자가 질량이라 생각하시면 이해하시기 편합니다. 우린 수소핵융합에 대해 간추려서 봤습니다. 그럼 이렇게 수소들이 다 태워지고 핼륨으로 다 바뀌면 그 이후는 어떻게 될까요? 우리의 태양일 경우 수소가 다 태워질 경우 수축하려는 힘보다 팽창하려는 힘이 더 우세해져서 그 크기가 커지고 지구까지 삼켜버린후 다시 수축하며 백색왜성으로 남겨집니다. 이 우주에서 영원히.

그럼 태양보다 질량이 더 큰 항성은 어떻게 될까요? 태양과 최후가 같을까요? 우선 태양은 수소를 태운 뒤 상대적으로 짧은 시간동안 헬륨을 잠깐 태우고 생을 마감하지만 더 큰 항성은 수소를 태우고 헬륨까지 태워서 헬륨핵융합으로 탄소까지 만들어 냅니다. 그 이후 더 큰 별은 네온, 산소까지 만들고 최종적으로 철까지 만들어냅니다. 자연계에서 존재하는 가장 안정적인 원소가 철이기 때문에 자연에서 핵융합으로 만들어질 수 있는 원소는 철이 마지막입니다. 그래서 항성은 질량에 따라 밝기와 에너지가 차이가 나고 질량이 큰 별일수록 핵융합으로 만들 수 있는 원소가 철에 가까워집니다. 질량에 따라 최후는 크게 2가지로 나뉘는데 첫째는 질량이 적당한 애들은 수소, 헬륨정도 태우다가 부피가 커졌다가 작아졌다가를 반복하면서 주변에 기체를 쪼금씩 날려보내고 결국 백색왜성이 되는데 행성상성운이란 백색왜성 주변에 그렇게 흩날린 기체들이 보일때를 행성상성운이라고 합니다. 둘째로 철까지 만들 수 있을 만큼 큰 별은 그 최후에도 우주에 큰 영향을 미치는데 태양처럼 백색왜성으로 남는게 아니라 어마어마하게 크게 폭발하면서 그간 만들어 낸 원소를 우주에 방출함과 동시에 자연계에서 만들 수 있는 마지막 원소인 철을 넘어선 리튬과 베릴륨 등등이 이때 반짝! 만들어집니다. 또한 블랙홀과 중성자별도 이 폭발 이후에 생성되게 됩니다.

우측 하단에서 좌측 상단까지 일정한 선이 그려지는데 이때를 주계열성이라 부릅니다. 이때는 항성이 안정된 상태로 핵융합으로 에너지를 만들고 방출합니다. 좌우로는 온도, 상하로는 밝기를 나타내며 거성 혹은 초거성은 연료를 거의 다 태운상태에서 안정됨이 깨짐으로써 크게 팽창한 상태입니다. 2번째 사진이 현재까지 밝혀진 항성 중 가장 크다고 혹은 첫번째 다음으로 크다고 밝혀진 항성입니다. 그 부피가 태양의 92억배로 태양을 920,000,000개 넣을 수 있다는 뜻입니다. 저렇게 큰 별은 블랙홀이 될 가능성이 농후하다고 보시면 됩니다.

스스로 빛을 내는 항성이 있는 반면 질량이 조금 부족한 이유로 내부열이 높지않아 크기는 큰데 항성은 되지못한 이들이 있었으니 이들을 우리는 갈색왜성이라 부릅니다. 근데 첫번째 사진 목성아니냐구요? 맞습니다. 목성 또한 아쉽게 태양이 되지못한 갈색왜성입니다. (엄밀히 말하자면 그리 아쉽지도 않음... 한 목성질량의 15배 정도에서 65배 미만되면 진정한 갈색왜성. 근데 목성도 우린 갈색왜성이라 쳐줌) 갈색왜성은 내부 온도가 1000만도가 되면 수소핵융합을 할 수 있었을텐데 아쉽게 그 정도에 약간 못 미쳐서 중수소핵융합으로 희미한 빛을 내는 천체입니다. 꾸준히 빛이 난다기 보단 깜빡이는 정도랄까요? 두번째 사진 보시면 제일 왼쪽은 태양이고 제일 오른쪽은 목성 그리고 사이에 있는 3개가 갈색왜성입니다. 희미하게 나마 빛이 나오는 듯함을 느낄 수 있습니다. ※ 항성 : 스스로 빛을 내는 천체 ※ 행성 : 항성을 주위로 주변을 도는 천체 ※ 에너지 보존 법칙 : 에너지가 다른 에너지로 전환될 때, 전환 전후의 에너지 총합은 항상 일정하게 보존된다는 법칙 내용 중 오류나 오타있으면 지적해주세요. 확인 후 수정토록 하겠습니다. :)

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