'오리온 자리' 통해 본 별의 생애
'오리온 자리' 통해 본 별의 생애
  • 함예솔
  • 승인 2018.11.21 21:00
  • 조회수 1754
  • 댓글 1
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날씨가 차가워질수록, 북반구의 하늘은 더 반짝거리는데요. 겨울철 밤하늘에서 단연 돋보이는 별자리가 있습니다. 바로 남쪽 하늘에서 반짝이는 오리온 자리입니다. 남동쪽에서 남서쪽 방향으로 지평선을 가르며 이동하는 이 별자리는 2개의 사다리꼴을 이어주는 3개의 별 덕분에 눈에 더욱 잘 띕니다.

 

오리온 자리. 출처: fotolia
오리온 자리. 출처: fotolia

오리온 별자리에는 슬픈 전설이 있는데요. 그리스 신화를 보면, 오리온은 달의 여신 아르테미스를 사랑한 대가로 그녀의 화살에 맞아 죽음을 당하게 됩니다. 물론, 아르테미스가 그에게 화살은 쏜 것은 둘의 관계를 반대한 아르테미스의 오빠 아폴론의 계략 때문이었습니다. 비극적인 사랑이 얽혀 있기 때문일까요? 겨울밤 오리온 자리를 바라보며 있노라면 온 세상이 고요해짐을 느끼곤 하는데요.

 

책 '프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다'
책 '프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다'

우리에게 익숙하다면 익숙한 오리온 자리. 프랑스에서 과학교사이자 과학교육책의 저자로 활동하는 미레유 아르트만이 쓴 책 <프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다>에서는 오리온 별자리를 더 가만히 들여다보면, 별의 일생에 대해서도 알 수 있다고 합니다. 오리온 자리로 탐험을 떠날 준비 되셨나요?

 

오리온자리. 출처: 프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다.
오리온자리. 출처: '프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다'

우선, 오리온 자리를 자세히 보다보면, 오리온 자리에서 특히나 밝게 빛나는 두 별을 찾을 수 있습니다. 두 별은 밝기가 막상막하지만, 쌍안경으로 보면 색이 다르다는 걸 알 수 있죠. 오리온 사냥꾼의 어깨에서 빛나고 있는 별은 '베텔게우스'라는 별인데 붉은 빛을 띱니다. 그리고 사냥꾼의 오른쪽 무릎에는 '리겔'이라는 별이 있는데 이는 푸른빛입니다. 


이 둘의 색이 다른 이유는 별의 표면 온도와 관련 있습니다. 표면 온도에 따라 별의 색은 파란색(약 3만5,000도) 별, 흰색 별, 노란색 별, 오렌지색 별, 빨간색 별(약 3,000도) 순으로 달라집니다. 참고로 이보다도 온도가 더 낮은 별들은 적색왜성, 갈색왜성, 백색왜성이라고 부릅니다.

 

보이시나요? 출처: NASA
‘베텔게우스’와 '리겔'의 색 차이가 보이시나요? 출처: NASA

오리온 자리를 다시 가만히 들여다 볼까요? 별자리 한가운데 3개의 별이 비스듬하게 줄지어 있는데요. 여기서 무릎 쪽으로 조금 내려가다보면 흐릿하게 빛나는 얼룩을 발견하실 수 있을 겁니다. 이는 그 유명한 '오리온 대성운'입니다. 오리온 대성운은 가스로 이뤄져 있는데, 지구에서 약 1,500광년 떨어져 있으며, 지름이 무려 25광년이나 되는 거대한 우주구름이라고 합니다. 

 

오리온 성운이에요. 출처: Wikimedia Commons
오리온 성운이에요. 출처: Wikimedia Commons

이웃님이 성능 좋은 망원경만 있다면, 오리온 대성운 말고 또 하나의 성운을 발견하실 수 있을 겁니다. 비스듬히 줄지어 있는 3개의 별 근처에는 암흑성운의 대표주자 '말머리 성운'이 있습니다. 먼지가 밀집돼 불투명해진 암흑 성운은 배경이 환하게 빛나는 경우 우리 눈에 보이게 된다고 하는데요. 말머리 성운 역시 붉은색의 배경에 불투명한 구름이 말의 머리 모양으로 드러나 관측됩니다. 

 

말머리 성운입니다. 출처; Wikimedia Commons
말머리 성운입니다. 출처; Wikimedia Commons

오리온 자리 주변에 이렇게 멋진 천체가 여럿 있었군요.

 

별의 진화와 관련돼

 

사실 이 다양한 천체들은 별의 탄생과 진화와 관련 있습니다. 별들의 출생지가 바로 기체와 먼지로 이뤄진 대성운이기 때문인데요. 책에 따르면, 오리온 대성운 역시 별들의 탁아소라고 해도 과언이 아니라고 저자는 이야기합니다. 

 

성단은 항성 간 구름으로 이뤄져있습니다. 그런데, 항성 간 구름은 너무 질량이 크기 때문에 스스로 붕괴하고 흩어집니다. 그런데 그 파편 중 일부는 자체만으로도 질량이 충분하기 때문에 계속해서 수축합니다. 그리고 이 과정에서 극도의 열이 발생합니다.

 

온도가 점차 높아지다 보면 어느새 파편 안에서는 핵융합이 일어나게 됩니다. 이렇게 별이 탄생하고 각각의 별은 적외선을 통해 에너지를 방출하다가 가시광선을 내뿜는다고 해요. 

 

플레이아데스 성단. 출처: Wikimedia Commons
플레이아데스 성단. 출처: Wikimedia Commons

어린 별들은 한동안 무리지어 있다가 이내 공간에 불규칙하게 모여 있는 '산개 성단'을 이룬다고 합니다. 참고로 가장 유명한 산개성단은 위 사진에서 보이는 '플레이아데스 성단'입니다. 이 별들은 파란색을 띠는데, 태어난지 얼마 안 되기 때문에 표면온도가 매우 뜨겁기 때문입니다.

 

이 별들은 시간이 지나면서 차츰 흩어지기 시작하고, 그 중 몇몇은 다른 별들과 쌍성계 혹은 다중성계를 형성하게 됩니다. 여기서부터 각각의 별들은 질량에 따라 조금씩 다르게 성장합니다.

 

별의 성장기. 출처: 책 '프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다'
별들의 일생. 출처: 책 '프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다'

오리온 별자리의 무릎 부근 청색 초거성 '리겔'은 앞서 언급했든 푸른 빛을 띱니다. 즉, 태어난지 얼마 안 돼 표면 온도가 뜨겁다는 것을 의미합니다. 그런데, 이 별이 1000만년 지나면 어떻게 될까요? 


아마도 수소를 거의 헬륨으로 전환시키고 나서 연료가 떨어진 리겔의 온도는 점차 떨어질겁니다. 그리고 파랗던 색은 오렌지 색이 됐다가 베텔게우스처럼 빨간색으로 변할 겁니다. 그 다음엔 심장부가 점차 쪼그라 들것입니다. 외부층은 팽창하다가 이내 재수축 하며 별의 밝기가 밝아졌다 어두워졌다 하는 별인 '변광성'이 됩니다. 이 단계의 막바지에 이르러서는 결국 리겔은 '초신성'이 되어 거대한 폭발을 일으킬 겁니다. 이 폭발로 리겔이 가지고 있던 물질들은 모두 우주로 흩어지게 될 것입니다. 이게 끝일까요? 

 

게자리에서 발생한 초친성. 출처: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)
게자리에서 발생한 초친성. 출처: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)

아닙니다. 리겔은 초신성 이후 '중성자별'이 됩니다. 중성자별은 1제곱센티미터당 1억톤 수준으로 밀도가 극도로 높아졌다가 매우 빠른 속도로 자전하며 전파를 방출하게 될 것입니다. 이 상태는 꽤 오래 지속될 것이라고 합니다.

 

물론 모든 별이 리겔처럼 되는 건 아닙니다. 우리의 태양과 같은 평범한 별들은 이와는 다르게 성장합니다. 태양에서 더 이상 변환할 수소가 남지 않게 되면, 태양의 외부 층은 점점 팽창하고 온도가 떨어지며 붉은색을 띱니다.

 

반면 태양의 심장부는 쪼그라들어 결국 태양은 불안정한 상태가 됩니다. 이런 전환기를 거치게 되면, 가장 바깥쪽에 있는 층들은 떨어져나가고 지구와 비슷한 크기로 줄어들며 '백색왜성'이 됩니다. 이후 온도가 크게 떨어지고 밝기가 줄어들어 적색왜성이 됩니다. 그리고 그보다 시간이 지나면 결국 '흑색왜성'이 됩니다. 저자는 이 단계를 '별의 시체'라고 부릅니다.

 

흑색 왜성은 아마 이런 모습? 출처: NASA/JPL-Caltech
흑색 왜성은 아마 이런 모습? 출처: NASA/JPL-Caltech

 

 

##참고자료##


미레유 아르트만, 「프랑스 아이들은 천문학을 이렇게 배운다」, 해나무, 2017


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김정옥 2018-12-14 14:19:16
백색왜성이 식어서 되는것은 갈색왜성이아니라 흑색왜성이라고 부릅니다. 갈색왜성은 질량이 별이되기에 충분치 못한 천체입니다.