인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우리는 밤하늘을 보면서 밝게 빛나는 별의 일생에 대해 무척 궁금해진다. 별들은 영원히 사는 것처럼 생각되기 때문이다. 그러나 우주에 존재하는 모든 물질은 태어나서 언제인가 소멸하는 일련의 과정을 거친다. 우리 인간과 같은 생명체는 물론이요, 밤하늘에 빛나는 별들도 그렇고, 수천억 개의 별들로 이루어진 은하도 ‘생활노병사(生活老病死)’의 과정을 거친다. 단지 인간에 비해 그 과정이 무척 길고 더 복잡할 뿐이다. 따라서 별의 일생을 알아보는 일은 우주를 이해하는데 많은 도움이 된다. 

별의 탄생은 138억 년의 빅뱅 이후에 시작하였다. 별의 ‘생활노병사’의 과정은 우주에서 가장 빈번하게 일어나는 일상 중 하나다. 별의 일생은 여러 면에서 인간의 일생과 많이 닮아 있다. 단지 인간이 자기의지를 가지고 생활하는 반면, 별은 “물리학”의 원칙을 따른다는 점에 큰 차이가 있다.

우주의 별은 수소와 헬륨 그리고 기타 중원소로 이루어진 거대한 성운이 붕괴하면서 탄생한다. 성운이란 성간물질에 밀집해 있는 기체와 먼지들의 모임을 말한다. 인간의 눈에는 거대한 구름처럼 보여서 성운이라는 이름을 지녔다. 성운은 일반적인 우주 물질 밀도의 수백만 배에 달하는 엄청난 밀도를 가지고 있다. 별의 탄생을 위해서 가장 중요한 개념은 성간물질의 질량이다.

별이 태어났을 때의 초기질량은 항성이 될 수 있는 조건을 결정한다. 이는 현재 태양 질량의 7% 정도로, 이보다 작은 초기질량의 경우에는 별은 주계열성이 되지 못한다. 수명뿐만 아니라 별의 진화 과정도 질량에 따라 천차만별로 달라진다. 질량이 클수록 합성할 수 있는 원소의 범위가 늘어나기 때문에 좀 더 복잡한 내부 구조를 지니며, 그만큼 불안정해진다. 질량이 아주 큰 별의 진행단계가 초신성 폭발로 가는 이유이다. 질량이 작은 별은 주로 백색 왜성의 모습으로 마지막 생을 보내게 되는데 이는 초신성이나 블랙홀 보다는 훨씬 안정적인 별이다.

성운의 질량이 클수록, 크기가 작을수록, 온도가 낮을수록 중력 붕괴가 일어나기 쉬워진다. 거대한 분자구름이 서로 충돌하거나 은하계의 팔 부분을 지나가면서 중력은 점점 강해지고, 구름 안의 분자들은 중력이 가장 강한 부분을 중심으로 회전하는 가스 원반을 이루게 된다. 항성이 막 탄생하는 순간이다. 강착 원반은 점차 소용돌이치며 중력의 중심을 향해 낙하하고, 중력 중심의 극지방에서는 양 방향으로 가늘고 긴 제트를 방출하는데, 이 형태를 바로 우리는 ‘원시별(protostar)’, 혹은 ‘아기 별’이라고 부른다.

별이 쓸 수 있는 에너지는 별이 태어날 때의 초기 질량에 따라서 운명이 이미 정해져 있기에, 모든 별의 마지막이 블랙홀이 되는 것은 아니다. 초기 질량이 매우 큰 항성 만이 블랙홀이 될 수 있는데 이 강력한 블랙홀 마저도 정해진 에너지를 다 쓰게 되면 초라한 뒷모습 만을 남긴 채 결국 어둠속으로 자취를 감추게 된다. 인간이 태어나서 성장하고 생활하다가 죽는 것처럼 별 또한 탄생해서 빛을 내다가 결국 소멸하는 것이다.

모든 별들의 각각 다른 고유의 진화과정이 없었다면, 또 초신성 폭발같은 진화가 없었다면 지구라는 행성에 사는 우리 인간은 태어나지도 못했을 것이다. 그런 의미로 별은 우리의 고향이고, 우리는 별들의 후손이다. 우리 모두는 같은 조상을 가지고 있다. 즉 우리의 조상인 별들은 우리와 같은 원소로 이루어져 있는 또 다른 우리라고 말할 수 있다. 우리가 우주다. 우리가 바로 138억년 나이의 우주와 함께 살아 숨쉬는 소우주인 것이다.

하늘에 떠있는 수많은 별들은 우리가 함께 살고 있는 바로 이 우주 공간에서 태어난다. 이렇게 생긴 별의 표면 온도가 3000℃ 정도 되면 붉게 빛나는 적색 왜성이 되고, 약 6000℃부터는 태양처럼 노랗게 변하며, 8000℃에서는 하얗게 빛나고, 1만℃를 넘으면 푸르스름한 흰색 빛을 내는 백색 왜성이 된다. 그보다 더 높은 온도에서는 청색거성이 된다. 별들은 우주 공간에서 그들만의 일생을 보내다가 그들이 가진 에너지를 모두 소모한 후에 최후를 맞이한다. 은하 안의 모든 곳에서 별들이 태어나고 진화하며 죽어가고 있는 것이다.

이 수많은 별들에게는 한가지 공통점이 있다. 어떠한 별들도 예외가 없이, 모든 별들은 물리학 법칙을 따른다는 점이다. 우주 공간은 별이 태어날 때부터, 심지어 장렬히 전사한 후에도 물리학 법칙을 따르는 따르는 공간이다.

모든 별은 성운에서 태어나서 성운으로 다시 돌아간다. 원시별의 초기질량에 따라서 각각의 별들이 너무 다른 진화과정으로 그들만의 일생을 보내는 것을 확인 할 수 있다. 심지어 별이 되지 못하고 갈색 왜성으로 평생을 사는 천체도 있으며, 태어난지 얼마 지나지 않아서 금방 블랙홀이 되는 천체도 있다. 우리의 주군인 태양의 미래도 백색 왜성이다.

모든 별의 생이 성간물질에서 시작하는 만큼 모든 별들의 마지막도 다시 성간물질로 돌아간다. 별이 거성이나, 초거성의 상태로 진화 후에 그들의 고유 초기 질량에 따라서 그들의 중심핵이 백색왜성이나 중성자별, 블랙홀로 죽음을 맞이하는 반면, 중심핵의 주변 역시 그들의 고유 초기 질량에 따라서 행성상 성운이나 초신성 폭발을 통해서 생을 마감하게 된다.

별들은 폭발을 통해서 자신의 모든 물질을 성간물질에 뱉어 내는데, 따라서 별의 마지막 단계는 보통 성운으로 돌아가는 과정이다. 성운 어디엔가는 슈퍼버블이라고 불리우는 별들이 탄생하는 뜨거운 가스로 가득 찬 공간으로 돌아가게 되면 다시 새로운 별의 일생이 시작된다.

만약 이들이 지구 같은 행성에 도착하면, 생명체를 구성하는 물질을 만들 수도 있다. 지금도 우주 어느곳에선가는 끊임없이 별이 탄생하고 있고 죽음이 계속 되고 있다. 별들은 성간물질에서 최소 수백 개씩 무리지어 태어난다. 성간물질은 밀도가 상대적으로 희박하기에 엄청난 양의 가스와 먼지가 수축하여야 한다. 군데군데 부분적으로 밀도가 아주 높아진 부분이 생기면, 많은 별이 동시다발적으로 만들어지기도 한다.

빅뱅 대폭발 이후에, 어느 순간에서부터인가 차갑고 어두컴컴한 우주에서 뜨겁고 밝은 별이 탄생했다. 우주에서 우리가 알고 있는 천체들이 차지 하는 비율은 상당히 낮지만, 별이 탄생하면서 우주는 이전보다 훨씬 더 복잡해졌다. 따라서 수많은 별의 탄생과 죽음이 138억 년의 우주 역사와 그리고 생명의 탄생에서 중요한 역할을 한 것은 분명하다.

옛날 옛적 그 옛날에 
광음이 어두운 하늘을 활짝 열고
구름들이 서로 짝을 지어 
태초의 조상별들을 만들었다네

대를 이은 아빠별과 엄마별은 
은하수라는 아름다운 집을 짓고 
서로를 보듬고 천지를 사랑하며
수많은 아기별들을 낳았다네

아기들이 커서 할아버지와 할머니가 될 즈음에
아빠별은 장렬하게 몸을 던져 초신성이 되고
엄마별은 은하수를 가슴에 품은 블랙홀이 되어
우주 허허벌판의 주인장이 되었다네

별들이 대대손손 쉼없이 하늘을 밝히다
가없는 일생을 마치게 되면
슬픔에 젖은 하늘은 그들을 품어 
성대하게 우주장을 치러 주었다네

하정열 칼럼니스트

press@interview365.com

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