태양의 탄생과 죽음

이번에는 천문학적 주제인 태양의 탄생과 죽음에 대해 설명해보도록 하겠습니다

태양

 

태양의 탄생

 

넓은 우주 공간에 퍼져 있는 분자들이 즉, 먼지구름이 많습니다. 이런 먼지구름을 뭐라고 부르냐면 거대 분자 구름이라고 합니다 우주 공간에 퍼진 분자구름 속에는 분자, 입자들끼리 중력이 작용하게 됩니다. 중력의 힘으로 인해 분자와 입자들 거리가 가까워질 것이고 결국에 넓게 퍼져있던 분자구름의 크기도 조금씩 작아지게 됩니다. 이러한 과정은 중력 수축이라고 해서, 물질들이 중력에 의해 서로 끌어당기며 좁은 영역으로 모이게 되는 현상이라고 합니다. 이처럼 거대하게 퍼져 있던 분자구름이 작아지는 과정 중에 내부에서 분자구름의 밀도가 높아지게 됩니다.

 

핵융합 반응 

그리고 넓게 퍼져 있던 열에너지가 좁은 부피 속에 집중되면서 내부의 온도가 점점 뜨거워지기 시작합니다 가스구름 속에 살고 있는 원자핵들은 대부분 다 똑같은 플러스의 전하를 띠며, 양성자로 이루어져 있습니다. 하지만 플러스극을 띠고 있는 양성자들끼리는 서로 붙어 있으려고 하지 않습니다. 그런데 가스구름이 수축하고 내부의 온도가 뜨거워지고 밀도가 올라가면 원자핵들끼리 붙어있게 되고 충돌하게 됩니다. 그리고 온도가 뜨겁다 보니 각각의 원자핵들이 움직이는 속도도 엄청나게 빨라지게 됩니다. 또한 원자핵들끼리 억지로 충돌하면서 융합되다 보면 핵융합 반응이 벌어지게 됩니다

 

정역학 평형 상태 

특히 가스구름의 중심부 온도가 1,000만 도를 넘으면 본격적으로 수소 핵융합 반응이 일어나게 됩니다. 이전까지는 오직 가스구름의 중력에 의해서만 가스구름이 수축하기만 했습니다 그러다 보면 어느 순간 핵융합 엔진이 켜지게 됩니다. 엔진이 켜지게 되면, 내부에 뜨거운 열이 만들어지기 시작하게 됩니다. 또한 열에 의한 압력으로 팽창하게 됩니다 내부에서 만들어진 열에 의한 압력이 중력에 대항할 만큼 충분히 강해지면 이제 더 이상 가스구름은 작아지지 않게 됩니다. 중력과 압력이 평형을 이루는 순간은 정역학 평형 상태라고 불립니다.

 

원시 행성 원반 

그리고 이렇게 중력과 압력이 정역학 평형 상태를 이루게 되는 그 순간부터 별이 되었다고 합니다 지금으로부터 한 50억 년 전에도 태양도 똑같은 과정을 거쳤습니다. 이런 방법으로 지금의 태양이 만들어지게 된 것입니다. 처음에는 둥글게 퍼져 있던 가스 반죽 덩어리가 빠르게 회전하기 시작하면서 조금씩 납작한 피자 반죽 형태로 만들어지게 됩니다. 가운데 만들어진 아기별을 중심으로 주변에 만들어진 납작한 먼지 원반을 뭐라고 하냐면 "원시 행성 원반"이라고 합니다. 그래서 대부분의 아기별이 만들어지는 현장 주변을 보면 다 납작하게 퍼진 아주 넓은 크기의 원시 행성 원반을 볼 수 있습니다. 먼지 원반 속에서 떠돌고 있던 부스러기가 모여 반죽이 되면 그 자리에서 크고 작은 행성들이 만들어지게 되는 것입니다 지금으로부터 한 4억 년 전쯤에도 태양 주변에서 떠돌고 있던 먼지 원반 속에서 지구가 만들어지고 목성이 만들어지고 그랬던 겁니다. 애초에 같은 원반 상을 떠돌고 있던 부스러기들이 모여서 각각의 행성이 된 것이니 지금처럼 얼추 비슷한 궤도면 위를 돌고 있는 것입니다

 

태양의 죽음

현재 파악되는 태양의 질량은 지구보다 30만 배 더 무거운 질량이라고 할 수 있습니다. 그리고 중요한 것은 태양의 질량 전부를 전부 태양의 연료로 쓰고 있는 것이 아니라는 겁니다. 태양 중심부에 있는 높은 밀도의 핵만 연료로 사용하고 있습니다. 태양의 핵은 태양의 전체 부피로 따졌을 때 고작 1%만 사용하고 있습니다. 다만 내부 핵의 밀도가 워낙 높기 때문에 부피는 1%밖에 안 되지만 그 작은 핵의 질량은 태양 전체 질량의 30%를 차지합니다. 태양은 높은 밀도의 수소 핵을 열심히 연료로 사용하고 있습니다. 수소 4개를 뭉쳐서 헬륨 하나로 만드는 핵융합 반응을 계속하고 있는 것입니다 수소에 비해 헬륨의 원자핵은 수소보다 덩어리가 더 큰 헬륨입니다. 원자핵 덩치가 큰 원자핵을 융합하기 위해서는 더 높은 온도가 필요합니다. 그런데 지금 태양이 갖고 있는 중심의 온도 정도로 수소를 태우는 것은 가능하지만 수소보다 더 무거운 헬륨 핵까지 태우는 것은 불가능합니다. 결국에 중심에 수소를 뭉쳐서 헬륨이 쌓일수록 태양 입장에서 헬륨은 태울 수 없는 쓰레기이기 때문에 타지 않는 찌꺼기만 늘어나고 있습니다. 그렇게 점점 내부에 있는 수소 핵은 작아지게 되고 더 이상 태울 수 없는 헬륨 찌꺼기가 많이 쌓이게 되면 태양의 엔진은 꺼지게 됩니다 이전까지 태양이 붕괴하지 않았던 이유는 태양의 무거운 중력에도 불구하고 내부에서 작동하고 있던 수소 핵융합 엔진의 뜨거운 열 덕분에 바깥으로 팽창시키려는 압력 덕분이었습니다. 하지만 시간이 갈수록 태울 수 없는 헬륨만 쌓이다 보니 중력에 대항해서 버틸 수 있는 압력이 없어지게 됩니다. 그러면 순식간에 태양의 중심부 핵은 무거운 중력을 버티지 못하고 붕괴하기 시작합니다 

 

다음에는 더 흥미로운 천문학적 주제로 글을 써보도록 하겠습니다