인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우주는 알면 알수록 참 신비롭고 경이롭다. 우리는 밤하늘에 빛나는 별을 바라보며 꿈을 꾸고 희망을 갖는다. 별을 따다가 사랑하는 이에게 바치기도 한다. 인류의 역사에서 별은 시와 문학작품의 중요한 소재였다. ‘서시’의 윤동주는 별의 시인이다.

별은 무엇일까? 별이라고 불리기 위해서는 자격이 필요하다. 스스로 빛을 낼 수 있어야 한다는 조건이다. 따라서 우리는 태양은 별이라고 하나 목성은 행성이라고 한다.

이러한 별들은 어떻게 태어나고, 어떤 과정을 겪으며 생을 마치게 되는 걸까? 과학자들은 오랜 시간 동안 별의 탄생과 진화에 대해 탐구해왔다. 즉 별의 탄생과정은 인류가 항상 관심을 가졌던 주제였으나, 과학과 천문학이 발달된 20세기에 와서야 규명되기 시작했다.

아름다운 별은 어떻게 탄생하는 것인지, 별의 탄생 과정에 대해 알아보자. 왜 우리는 별의 탄생에 주목해야 할까? 별은 우주의 기본 단위이며, 우리의 태양과 같은 별 덕분에 지구에 생명이 존재할 수 있기 때문이다. 별이 태어나는 과정을 이해하는 것은 그 자체로 우주의 물질이 어떻게 조직되고 변화하는지 이해하는 열쇠다. 우주의 여러 구성 요소 간의 복잡한 상호작용을 배우고, 이를 통해 과학의 다른 분야에 적용할 수 있는 지혜를 얻을 수 있다.

별의 탄생은 주로 대규모의 분자 구름 안에서 일어난다. 우주의 이곳저곳에는 가스와 먼지가 구름처럼 모여 있는 성운이 있다. 성운 가운데 수소 같은 가스가 많이 모이는 곳이 있는데, 그곳에서는 가스와 먼지가 계속 뭉치면서 중심 부분의 온도가 점점 올라가게 된다. 중심 부분의 온도가 섭씨 400만도 이상이 되면 바깥으로 열을 내보내게 된다. 바로 아기별 즉 원시별인 ‘프로토 스타’가 태어나는 순간이다.

별을 만드는 가장 중요한 동력은 중력이다. 성운을 구성하는 물질들은 상대적으로 무거운 중심 방향으로 수축하면서 운동에너지로 가열된다. 중력이 물질들을 더 압축하여 중심 온도가 천만 도에 도달할 수 있다. 원시별은 더 많은 가스와 먼지를 끌어당기면서 계속해서 성장하고 가열된다. 중력으로 인해 점점 더 많은 수소가 별의 중심으로 몰려들면서 원시 별은 매우 뜨거워진다. 전자는 그 덕분에 에너지를 얻어 양성자의 구속에서 벗어나 자유로워진다. 이러한 상태를 플라스마라고 한다.

원시 별을 구성하는 대다수는 가장 단순한 물질이자, 우주 전체에 널리 퍼져있는 수소다. 수소에는 양성자라 불리는 입자 한 개가 있고, 전자 한 개가 양성자에게 붙잡혀 있는 구조다. 양성자는 전기적으로 같은 전하를 가지고 있기 때문에, 자석의 같은 극처럼 서로를 밀어내고 있다. 두 양성자가 합쳐지기를 거부하고 있는 것이다.

이제 별에서 가장 흥미롭고 중요한 연쇄적 반응이 시작된다. 더 빠르게 회전하며 중심부의 온도와 압력이 높아져 핵융합이 시작되는 지점에 도달하는 것이다. 핵융합은 수소 원자가 헬륨을 형성하기 위해 결합하는 과정으로 빛과 열의 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출한다.

아기별은 처음에는 가스와 먼지로 둘러싸여 잘 보이지 않는다. 그런데 가스와 먼지를 계속 끌어들이면서 커지고, 중심 부분의 온도가 점점 올라가다가 섭씨 1천만 도가 넘어가면 별을 구성하는 성분인 수소가 헬륨으로 바뀌게 된다. 이것을 핵융합이라고 한다. 이때 엄청난 빛과 열을 내뿜게 된다. 그러면 주변의 가스와 먼지가 날아가고 마침내 완전한 별이 제 모습을 드러낸다.

별의 중심 부분에 있는 수소가 헬륨으로 거의 다 바뀌면 별은 서서히 늙기 시작한다. 별은 질량에 따라 늙어가는 모습이 달라진다. 태양과 비슷한 질량의 별은 바깥 부분의 가스층이 부풀면서 크기가 커지고 붉게 변한다. 그 뒤 가스층이 모두 날아가면 뜨거운 중심 부분만 남게된다. 태양보다 질량이 8배 이상 되는 별은 바깥 부분의 가스층이 아주 크게 부풀다가 별 전체를 날려 버리며 폭발한다. 태양보다 질량이 30배 이상 되는 별은 폭발한 뒤에 빛까지 빨아들이는 블랙홀을 남기게 된다. 별이 늙으면서 내보낸 가스와 먼지는 성운을 만들어 새로운 별이 태어나게 한다.

별의 탄생과 진화는 우주의 신비로움과 아름다움을 보여주는 과정이다. 이러한 과정은 우리에게 우주의 형성과 진화에 대한 힌트를 제공하며, 또한 지구와 우주의 연결고리를 이해하는 데에도 도움을 준다. 그러므로 우리는 계속해서 별의 탄생과 진화에 대한 연구를 진행하고, 우주의 미스터리를 해결해 나가야 할 것이다.

이러한 의미를 담아 그림 ‘별의 일생223002S’을 그리고, ‘별의 탄생’이란 시를 지었다.

/우주화가 하정열(Cosmos Painter Ha, Jung-Yul)  

하정열 칼럼니스트

press@interview365.com

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