우리의 우주는 끊임없이 변화하고 있습니다. 별들이 태어나고, 성장하며, 죽는다는 것은 이러한 변화의 가장 중요한 부분 중 하나입니다. 이 글에서는 우리가 알고 있는 가장 가까운 초신성, SN 1987A의 전 생애를 추적하며, 초신성 폭발 이유와 발견의 기원이 된 대마젤란운에 대해 이야기를 해보려고 합니다. 이를 통해 우리는 별이 어떻게 태어나고, 어떻게 변화하며, 그리고 어떻게 죽는지에 대한 중요한 통찰을 얻을 수 있습니다.
1. 초신성 발견의 기원: 1987년 Ian Shelton의 대마젤란운 관찰
1987년 2월 24일, 한 캐나다 천문학자인 Ian Shelton이 칠레 천문대에서 근무하던 중, 무언가 특별한 것을 발견했습니다. 그는 우주의 한 구석, 대마젤란운을 탐색하며 별들의 사진을 찍고 있었습니다. 그러나 그의 예상과는 달리, 그는 희미한 별들 사이에 커다란 밝은 점을 발견했습니다. 이는 그가 예상했던 것보다 훨씬 밝은 빛이었습니다. Shelton은 자신의 사진에 문제가 있을까 염려하며 다시 대마젤란운을 관찰했습니다. 그리고 그는 놀랍게도 하늘에 새로운 물체가 나타나는 것을 직접 목격했습니다. 이 빛나는 점은 사실 Shelton이 육안으로 볼 수 있는 초신성을 발견한 것이었습니다. 이는 약 160,000광년 떨어진 곳에서 일어난 이벤트였습니다. 이 새로 발견된 초신성은 SN 1987A라고 불렸습니다. 이는 1987년에 발견된 첫 번째 초신성이었기 때문입니다. 이 찬란한 초신성의 등장은 천문학자들에게 별의 죽음을 연구하는 새로운 기회를 제공했습니다. 현대 장비를 활용하여 별의 죽음을 연구할 수 있는 이런 기회는 드물었습니다. 또한, 이번에는 천문학자들이 별이 초신성이 되기 전의 별을 관찰한 것이 처음이었습니다. 폭발한 별은 대마젤란운에 대한 초기 조사에 포함되어 있었고, 그 결과 우리는 그 별이 폭발 직전의 청색초거성이었다는 것을 알게 되었습니다.
2. 별의 생애 이야기: SN 1987A의 전 생애 재구성
천문학자들은 다양한 파장에서의 이론과 관찰을 결합하여 SN 1987A가 된 별의 생애 이야기를 재구성했습니다. 이 별은 약 1천만년 전에 형성되었으며, 그 원래의 질량은 약 20MSun이었습니다. 이 별은 그 대부분의 수명을 주계열에서 보내며, 그 동안 수소를 헬륨으로 전환하였습니다. 이때 그 별의 광도는 태양보다 약 6만 배 더 밝았고, 분광형은 O였다는 것을 알 수 있습니다. 별 중심의 수소가 점차 고갈되면서 핵은 수축하게 되었고, 이로 인해 별은 충분히 뜨거워져 헬륨을 융합할 수 있게 되었습니다. 이 단계에서 별은 태양보다 약 10만 배 더 많은 에너지를 방출하는 적색초거성이 되었습니다. 이 단계에서 별은 질량의 일부를 잃게 되었는데, 이 잃어버린 물질은 후에 허블 우주 망원경으로 관측되었습니다. 초신성 폭발로 인해 우주로 튀어나온 가스는 이렇게 별이 적색 거성이었을 때 남긴 물질과 충돌하고 있습니다. 이 충돌로 인해 빛나는 고리가 형성되었습니다. 이 고리는 후에 천문학자들이 별의 생애를 추적하는 데 중요한 단서가 되었습니다.
3. 별의 죽음의 시작: 헬륨 핵융합의 종료
별의 생애는 그것이 헬륨 핵융합을 완료하고 별의 중심에서 헬륨이 고갈되는 순간에 크게 변화합니다. 이 단계에서 핵은 다시 수축하게 되고, 별의 표면 반경도 줄어들어 별은 여전히 광도가 100,000 LSun에 달하는 청색초거성이 되었습니다. 이 단계는 별이 짧은 기간의 추가 융합 이후 철의 위기에 도달하여 폭발하게 되는 순간을 앞두고 있습니다. 철의 위기는 별의 생애에서 가장 결정적인 순간입니다. 철은 핵융합을 통해 에너지를 생성하지 못하기 때문에, 별의 핵은 에너지 공급을 잃고 수축을 시작합니다. 이러한 수축은 별의 내부 온도를 높이며, 결국 별은 그 자신을 불안정하게 만들어 버립니다. 이 과정은 별이 철의 위기를 맞이하면서 시작되는 별의 붕괴로 이어집니다. 이 때문에, 별의 죽음은 별이 헬륨 핵융합을 마치고 철의 위기를 맞이하는 순간부터 시작된다고 볼 수 있습니다. 이 단계는 별의 생애에서 불가피한 순간이며, 이는 별의 죽음을 앞두고 있는 순간입니다.
4. 별의 붕괴: 철의 생성과 재앙적인 붕괴
별의 죽음은 철의 생성과 함께 시작됩니다. 철은 핵융합을 통해 에너지를 생성하지 못하므로, 철이 생성되면 별의 내부 구조는 불안정해지기 시작합니다. 이 불안정성은 별의 내부에서 가장 무거운 원소인 철이 핵에서 생성되기 시작하면서 별의 붕괴를 촉발합니다. 이 붕괴는 단지 수십분의 1초 동안만 지속되는 재앙적인 과정입니다. 철심 바깥 부분의 낙하 속도는 초당 7만km에 달했는데, 이는 빛 속도의 약 4분의 1에 해당합니다. 별의 네온, 산소, 탄소, 헬륨, 수소의 외부 껍질은 이런 내부의 재앙적인 변화에 대해 알지 못하고 있습니다. 별의 내부에서 발생하는 물리적 움직임에 대한 정보는 별을 통해 소리의 속도로 이동하기 때문에, 핵 붕괴가 발생하는 데 필요한 수십 분의 1초 안에 표면에 도달할 수 없습니다. 따라서 별의 표면층은 아무것에도 얽매이지 않는다는 것을 깨닫는 순간까지 붕괴에 대해 알지 못합니다.
5. 새로운 생명의 시작: 초신성 폭발과 중원소의 생성
별의 붕괴는 재앙적인 과정이지만, 이 과정은 새로운 생명의 시작을 의미하기도 합니다. 별의 내부에서 철이 생성되면서 별은 불안정해지고, 결국 초신성 폭발을 일으킵니다. 이 폭발은 별의 내부를 완전히 파괴하고, 별의 잔해를 우주 공간으로 퍼뜨립니다. 이 잔해 중 일부는 먼지와 가스로 이루어진 구름을 형성하며, 이 구름에서 새로운 별과 행성이 탄생하게 됩니다. 또한, 초신성 폭발은 별이 철 이외의 중원소를 생성하는 유일한 곳입니다. 이 원소들은 우리가 알고 있는 우주의 모든 물질, 심지어 우리 자신의 몸을 구성하는 원소들까지 포함되어 있습니다. 이러한 원소들은 초신성 폭발로 인해 우주 공간으로 퍼져나가며, 새로운 별과 행성의 생성에 필요한 물질을 제공합니다. 따라서, 별의 죽음은 새로운 생명의 시작을 의미합니다.
이번 시간에는 초신성 폭발 이유와 발견의 기원이 된 대마젤란운에 대해 이야기를 나눠 봤습니다. 별의 죽음은 재앙적인 과정이지만, 이 과정은 새로운 생명의 시작을 의미하기도 합니다. 별의 내부에서 철이 생성되면서 별은 불안정해지고, 결국 초신성 폭발을 일으킵니다. 이 폭발은 별의 내부를 완전히 파괴하고, 별의 잔해를 우주 공간으로 퍼뜨립니다. 이 잔해 중 일부는 먼지와 가스로 이루어진 구름을 형성하며, 이 구름에서 새로운 별과 행성이 탄생하게 됩니다. 따라서, 별의 죽음은 종말을 의미하는 것이 아니라, 새로운 시작을 의미하는 것입니다. 이러한 이해는 우리가 별의 생애와 우주의 복잡성을 더 깊게 이해하게 도와줍니다. 이를 통해, 우리는 별의 죽음과 그 과정을 이해하게 되고, 이러한 이해는 우리가 우주의 복잡성과 아름다움을 더 깊게 이해하게 도와줍니다.