별의 종말

블랙홀이 불쑥불쑥 ㅣ 앗, 이렇게 새로운 과학이! 35
박석재 지음 / 주니어김영사 / 2001년 1월

병의 수명은 태어날 대 이미 정해져 있다고 해도 과언은 아니다. 결론부터 말한다면 질량이 클수록 별이 수명은 짧다. 즉 별들은 짧고 굵게, 가늘고 길게 산다. 해보다 질량이 2배 큰 별은 밝기가 약 8배 정도 더 밝다. 

이 때 두 별 사이의 질량 비율을 사용가능한 핵연료의 비율로 간주한다면, 연료는 겨우 2배 많지만 8배나 더 태워대는 셈이 된다. 그러니 금방 연료가 바닥날 수밖에 없다. 

우리 해는 약 50억 년을 살아왔고 앞으로도 그만큼 살아갈 것으로 보인다. 그러나 질량이 큰 별들은 1억 년을 채 살지 못한다. 이것만 봐도 별들의 수명은 천차만별이라는 사실을 쉽게 알 수 있다.  

별의 진화가 막바지에 이르면 에너지 생성이 급증하게 되는데 이 때 별은 높아지는 압력에 대처하여 팽창한다. 부피가 팽창하면 표면 온도는 떨어지므로 열복사의 원리에 따라 붉은색을 띠게 된다. 

그리하여 대부분의 별은 진화 막바지에 이르러 적색거성이 된다고 믿어진다. 우리 해도 약 50억 년 후에는 마침내 화성의 궤도를 삼킬 수 있는 크기의 적색거성으로 팽창하게 될 것이다. 

적색거성 단계부터 별의 자동온도조절장치는 더 이상 작동하지 않게 되어, 별은 여러 가지 형태의 종말을 맞이하게 된다. 

전자는 다른 입자들보다 질량이 작아서 가장 활발히 운동하기 때문에 별 중심의 물리학을 주도한다. 높은 밀도에 의해서 전자들 간의 평균거리가 너무 작아지면 별의 중심 부분에는 축퇴압력이라고 하는 새로운 종류의 압력이 등장한다. 

이 때 축퇴압력은 만원인 지하철 안에서 우리가 받는 압력과 비슷하다고 말할 수 있다. 지하철 안에서 우리가 받는 압력은 오로지 열차 1량에 몇 명의 승객이 탔느냐에 따라서 좌우된다. 마차가지로 축퇴압력도 전자의 밀도가 얼마나 높으냐 하는 점에만 관계된다. 

별의 진화의 말기에 이렇게 물리적 성질이 판이하게 다른 축퇴압력이 별의 중심을 장악하게 되면 안정된 구조는 무너지게 된다. 예를  들어 압력이 조금 감소하여 별이 수축해서 온도가 상승해도 축퇴압력은 온도에 무관하므로 증가하지 않는다. 

따라서 별의 수축은 멎지 않고 계속 진행되어 온도는 급격히 상승한다. 더 이상 자동온도조절장치는 작동하지 않게 되는 것이다. 그리하여, 별은 종말을 맞이하게 된다. 

나도 처음에 이 책을 읽고 별에 대해 아주 많은 것을 배웠습니다. 역시 과학책은 재미가 있습니다.