[하정열 우주화가의 시·그림 우주여행](91) 게성운

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우리는 밤하늘에서 수많은 아름다운 성운을 본다. 성운(星雲)이란 성간 물질과 수소로 이루어진 우주의 구름이다. 서양의 명칭 네뷸라(Nebulae)는 구름을 의미하는 라틴어(nebula)에서 유래되었다.

많은 성운들은 성간물질이라 불리는 가스의 중력 수축으로부터 형성된다. 물질수축은 성간물질의 무게에 따라서 무거운 별들은 중심에 형성되고, 가스의 자외선 복사는 주변의 가스를 이온화시켜서 플라즈마를 형성하며, 광학파장의 가시광선으로 만들어 준다. 이러한 성운의 예는 장미성운과 게성운 등이 있다.

게성운(M1, NGC 1952)은 황소자리 방향에 있는 초신성 잔해이자 펄사풍의 성운이다. 게성운의 이름은 윌리엄 파슨스(William Parsons)가 1842년 36인치 망원경으로 관측한 후, 게 모양으로 기록해 둔 것에서 유래되었다. 1054년 출현하여 아랍 제국, 중국, 일본 등에 기록된 초신성 1054가 폭발하여 형성된 천체이다.

기원전 5500년경, 지금의 게 성운 자리에 있었던 항성이 거대한 폭발을 일으켰다. 이 폭발로 인해 발생한 엄청난 섬광은 6500광년을 이동하여, 1054년 7월 4일 지구에 도달하였다. 이것이 바로 초신성 1054(SN 1054)이다. 이 섬광은 최대 밝기가 무려 저녁의 금성과 맞먹는 -6등성이었기 때문에 많은 나라들이 이를 관측하고 기록으로 남겼다. 기록이 남아있는 국가는 중국 송나라와 아랍이 주를 이룬다. 이 중 아랍의 기록을 살펴보면, 이 섬광은 23일 동안 낮에도 보일 정도로 밝았으며, 653일간 밤하늘에서 보였다고 전해진다. 그리고 그때 터진 별에서 생성된 각종 물질들이 퍼져나가 지금과 같은 성운의 형태에 이르렀다.

실시등급이 8.4로 맨눈으로는 볼 수 없으나, 쌍안경을 사용한 맑은 조건에서 관측할 수 있다. 게성운은 우리은하의 페가수스 팔에 위치해 있으며, 지구로부터 6,500광년 떨어져 있다. 게 성운은 약 11광년의 범위에 걸쳐져 있으며, 지금도 약 1,500㎞/s의 속도로 초신성의 폭발 잔해를 밖으로 분출하고 있다. 우리 은하의 페르세우스자리 팔의 한 부분이기도 하다.

성운 중심에는 지름 28~30㎞의 펄사가 있는데, 1초에 30.2번 자전하면서 전자기파를 방출한다. 인류 역사에서 초신성 폭발과 연관된 최초의 천체이다. 초신성 1054의 잔해는 게성운으로 알려졌다. 프랑스의 천문학자 샤를 메시에(Charles Messier)가 1771년에 혜성을 탐색하는데 방해가 되는 천체들의 모아 메시에 목록을 만들었다. 현재 M1부터 M110까지 110개가 알려져 있는데, 그 중 첫 번째인 M1이 게성운이다. 게성운은 파슨스가 1840년에 36인치 망원경으로 관측한 대상을 그린 그림이 게와 흡사하였기 때문에 붙여진 이름이다.

1950년대와 60년대, 게 성운에서 방출된 전파가 태양의 코로나를 뚫고 나오는 것이 관측되었으며, 2003년에는 X선이 토성의 위성, 타이탄의 대기에 차단되는 것이 확인되었다.

무거운 별이 초신성으로 폭발을 할 때 폭발 이전의 별을 원형별(progenitor)이라고 한다. 게성운을 만든 원형별은 태양의 질량보다 약 9∼11배 무거운 별이거나 태양 질량보다 8∼10배 무거운 초점근 거성 가지별(super-AGB; super-asymptotic giant branch star)일 것으로 여겨진다.

M1이라는 상징성 때문에 게 성운에 대한 연구는 꾸준히 계속되고 있다. 인류 역사에서 초신성 폭발이 기록에 직접 남은 사례 중 비교적 유명한 만큼, 천문학, 물리학 등 이과뿐 아니라, 문과의 역사학계에서도 연구에 동참하는 형식으로 진행된다. 논문도 잊을 만하면 한 번씩 나온다.

발견 초기의 게 성운을 관측한 샤를 메시에와 요하네스 엘레르트 보데는 별이 없는 성운으로 생각했으나, 윌리엄 허셜은 더 큰 망원경으로 관측한 결과 내부에 별이 존재하는 성운으로 밝혀졌다.

게 성운에 대해 아직 밝혀지지 않은 미스터리 중 하나는 게 성운의 질량에 관한 것이다. 게성운이 생성되기 위해서는 태양질량의 8~ 11배에 해당하는 별이 터져야 하는데 게성운을 이루는 가스의 질량은 태양질량의 2~3배, 최대치가 5배이며 중심에 있는 펄서는 태양질량의 1.4~2배로 다 합쳐도 태양질량 8배에 미치지 못한다는 것이다. 이에 대해 별이 죽기 직전 상당량의 질량을 항성풍으로 날려 보냈다는 주장이 있지만 그렇다면 껍질구조가 있어야 하는데 발견되지 않아 논란이 있다.

이러한 의미를 담아 그림 ‘게성운 241501P’를 그리고, 시 ‘신비로운 게성운’을 지었다.

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