별의죽음ㅡ초신성

초신성은 신성보다 에너지가 큰 별의 폭발을 의미한다.

초신성은 별의 폭발로 태양의 수억 배 이상의 강한 빛을 내뿜는 것을 말한다.
별의 일생의 마지막 단계에서 핵융합을 일으키며 매우 밝게 빛나는 폭발적 현상을 말한다.
하지만 이런 장황한 설명 말고 ,초신성은 단순 별의 죽음이라고 할 수 있다.
별의 장렬한 최후 모습인 셈이다.
별은 태어날 때도 순간 온도가 천만도에 달할 때가 있다.
그러나 죽을 때에도 이에 못지않게 강한 열을 내뿜으면서 죽는다.
초신성은 그 광도가 극도로 높으며, 폭발적인 방사선을 일으키기에, 어두워질 때까지 수 주 또는 수개월에 걸쳐 한 개 은하 전체에 필적하는 밝기로 빛난다. 이 짧은 기간 동안 초신성은 태양이 평생에 걸쳐 발산할 것으로 추측되는 에너지만큼의 방사선 복사를 발한다.
별이 폭팔하여 초신성이 될때까지의 에너지는 한개의 은하가 내뿜는 에너지와 맞먹는다는 이야기가 있다.
그렇기에 태양의 수억배가 되는 강한 빛이 뿜어져나오는 것도 이상할게 없다.

간단설명하자면.

별이 폭발하면서 갑자기 밝아져서 마치 새로운 별처럼 보이는 것을 신성이라고 하는데, 그중에서도 밝기가 밝은 것을 초신성이라고 한다.

초신성이라는 말 자체는 '새로운 별', 서양에서는 'nova'라는 말을 썼다. 신성이라는 뜻에서 유래했는데, 우리나라에서도 초신성 관측이 꽤 있었다. 예를 들어 조선 시대에 관상감의 천문학자들이 초신성의 밝기 변화를 매일 기록해서 조선왕조실록에 기록된 사례도 있다. 그래서 우리나라에서는 그걸 손님별이라고 불렀다. '객성', 갑자기 나타났다가 사라지니까, 잠깐 방문했다 사라진다고 해서 손님별이라고 불렀었다.

초신성이 왜 발생하느냐, 사실 초신성이라는 건 어떤 별이, 모든 별은 아니지만 특정한 별이 죽어가면서 그때 많은 에너지가 응집되면서 폭발할 때 발생하는 현상이다. 밝기는 태양의 억 배 혹은 아주 밝은 경우 수천억 배까지 밝게 빛나기도 합니다. 그리고 생각보다 초신성은 우주에서 자주 발생하고 있다. 예를 들면 1초에 10번 정도의 초신성이 이 우주에서 끊임없이 발생하고 있습니다.

신성은 백색왜성으로 수소를 비롯한 물질이 유입되면서 급격한 핵 반응이 일어남에 따라 별이 밝아지는 현상을 일컫는다. 신성이라는 이름도 하늘에 새로이 밝은 별이 나타났다는 것을 뜻하는 말이다.

백색왜성( 백색잔별)은 중간 이하의 질량을 지닌 항성이 핵융합을 마치고 도달하는 천체이다. 이러한 종류의 항성은 상대적으로 가벼운 질량 때문에, 중심핵이 붕괴되어 온도와 압력이 상승하더라도 탄소 핵융합을 일으킬 만큼 충분한 온도에 도달하지 못한다.

천체는 우주에 존재하여 천문학의 연구 대상이 되는 것으로, 암석·기체·먼지 등 여러 물질이 중력에 의해 묶여 있는 상태로 존재하는 것과 그 집합을 가리켜 부르는 말이다.

광도는 천문학에서 천체가 단위시간에 방사하는 에너지를 가리키는 물리량이다.



여기에서 체크)질량이 매우 큰 별이 폭발하면 중성자별이나 블랙홀이 된다.

별이 진화하는 과정에서 수많은 핵융합 반응을 겪는다. 그중에서 그 중심부에서는 수소가 헬륨으로, 헬륨이 탄소·산소·황·규소, 이런 식으로 핵융합 반응을 통해서 만들어지다가 맨 마지막에 철로 구성된 핵이 만들어진다. 그런데 철로 구성된 핵은 중력과 속에 있는 전자들이 만들어내는 압력과 평형을 이루고 있다. 이 철의 질량이 태양 질량의 1.4배 정도 되면 소위 말하는 찬드라세카르 한계 질량이라는 수준에 도달하게 된다. 그게 뭐냐면 전자 압력으로 버티는 질량이 이 한계 질량을 넘으면 더 이상 압력이 질량을 이기지 못하고 붕괴한다는 한계 질량을 이야기한다. 그래서 인도의 천문학자였던 찬드라세카르가 발견해서 찬드라세카르 한계 질량이라고 이야기한다. 이런 한계 질량을 넘게 되면 이제 철 핵이 붕괴하기 시작하고, 밀도와 온도가 워낙 높다 보니까 철이 다 양성자와 전자와 중성자로 분해되기 시작한다. 다시 양성자와 전자가 결합하면서 밀도가 높다 보니까 서로 결합해서 중성자가 만들어지고, 그 중성자가 반경 10km라는 굉장한 작은 공간 안에 응축되면서 만들어지는 별, 그걸 중성자별이라고 한다.

중성자의 밀도는 상당히 높다.

원자핵의 밀도와 같이 높은 밀도를 가지고 있는 고밀도 별이다. 근데 중성자별은 중력과 중성자가 만들어내는 압력이 서로 평형을 이루고 있는 상태에 있는데, 이 중성자별에도 한계 질량이 있다. 그래서 태양 질량의 2배 정도 된다, 그러면 중성자는 중력을 이기지 못하고 완전히 블랙홀로 중력 붕괴하기 시작한다. 즉 블랙홀로 만들어진다.



초신성이 폭발하고 난 뒤 중심부에는 중성자별, 대부분은 중성자별이 남아있다. 중성자별 위에 바깥에 있었던 물질은 다 우주 공간으로 퍼져나가기 시작합니다. 근데 초신성 잔해가 중요한 이유는 별 내부에서는 핵융합 반응을 통해서 수많은 중원소가 만들어진다. 별이 처음 만들어지는 순간에는 대부분 수소와 헬륨밖에 없었지만, 수소 핵융합 반응을 통해서 탄소라든가 산소라든가 질소, 더 나아가서 철, 금, 이런 금속까지 우리 인체를 구성하거나 지구를 구성하는 중원소들이 별 안에서 만들어지고, 초신성 폭발을 통해서 그것이 우주 공간에 퍼져나가기 시작한다.





최근에 흥미로운 사례를 들자면 2013년에 서울대 물리천문학부에 계신 구본철 교수님께서 'Cas A'라고 하는 카시오페이아자리에 있는 초신성 잔해를 면밀하게 관찰하셨고, 거기에 굉장히 많은 인이 존재한다는 사실을 발견하셨다.
인이라는 건 성냥에도 있는 원소이긴 하지만, 사실은 지구상에서 발견되는 모든 생명체에서 발견되는 원소 중의 하나이다. 수소·탄소·질소·황 등을 더불어 인이라는 건 생명체에 굉장히 중요한 원소인데, DNA의 뼈대가 되기도 한다. 생체 에너지를 만드는 데 중요한 역할을 하는 원소이기도 하다. 그런데 구본철 교수님께서 실제로 그러한 중요한 원소가 초신성에서 만들어진다고 관찰을 통해서 입증하신 사례가 있습니다.