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주계열에 있는 별들은 에너지가 고갈되면 거성으로 진화하고, 다시 중력수축해 초신성으로 발전한다. 거성과 초신성은 바로 태양의 미래 모습이라는 점에서 관심을 끈다. 최근 허블우주망원경이 밝혀낸 거성과 초신성의 비밀을 알아보자.
베일 벗는 게성운
9백년 전 어느 여름, 밝은 별(객성)이 하나 나타났다. 중국 기록에는 이 별의 밝기가 보름달과 같았고, 대낮에도 환하게 보였다고 전한다. 또 아리조나에 있는 화이트 메사라는 동굴과 나바호 계곡에도 이 별에 관한 벽화가 남아 있다. 천문학자들은 이 벽화에 그려진 초승달을 이용해서 초신성 출현 일시가 1054년 7월 5일이라는 것을 계산해냈다. 두 인디언 화가가 후손들에게 아주 중요한 정보를 제공한 셈이다.
이 초신성은 현재 게성운으로 남아 있다. 보통 이런 종류의 천체는 단기간 내에 눈에 띄는 변화가 나타나지 않는 것으로 알려져 왔다. 그러나 최근 허블우주망원경(HST)으로 성운 중심부를 모니터한 결과 새로운 사실들이 속속 밝혀지고 있다. 중심부에서는 광속의 2분의 1이나 되는 속도(약 15만km/초)로 가스가 분출되고, 그 주변 환경 역시 아주 빠르게 변하고 있다는 사실들이다.
게성운을 살아 움직이게 만드는 ‘엔진’은 중성자별(펄사)이다. 이것은 30초에 한번 꼴로 자전하며, 그 지름은 10km다. 중성자별은 빠른 속도로 돌면서 자력선을 따라 높은 에너지를 가진 입자를 밖으로 세차게 뿌린다.
사진에서 별 주위에 보이는 잔잔한 물결 무늬는 전자와 양전자(positron, 전자의 반물질)들이 만들어낸 것이다. 이와같은 입자의 ‘바람’은 별의 적도면을 따라 불어 나가고 양극에서는 제트가 분출된다. 제트는 주변에 충격파를 형성하는데, 그 형태는 놀랄만치 빨리 변한다. 그래서 과학자들은 이 초신성에게 ‘춤추는 요정’, 또는 ‘뜨거운 양철판 위의 고양이’라는 애칭을 붙였다. 하지만 이 사진을 함께 본 천문대 동료연구원은 “섬뜩하고 소름끼친다”고 말했다. 실제로 끔찍스런 물리현상이 일어나는 곳이다.
사진의 왼쪽은 팔로마천문대에서 5m 망원경으로 찍은 게성운의 모습이고, 오른쪽은 허블우주망원경으로 촬영한 게성운 중심부의 모습이다. 흥미있는 독자는 우주망원경과학연구소(STScI)의 인터넷 홈페이지를 참고하기 바란다. 이 홈페이지에 들어가면 게성운 내부의 변화를 애니메이션으로 볼 수 있다.
우주망원경과학연구소(STScI)의 홈페이지
http://www.stsci.edu/pubinfo/PR/96/22.html.
외부은하는 얼마나 떨어져 있나
세페이드변광성을 이용하면 별까지의 거리를 계산할 수 있다. 변광성의 주기를 재면 별의 실제 밝기를 알아낼 수 있는데, 이를 겉보기 밝기와 비교하면 거리가 산출된다. 최근 천문학자들은 세페이드변광성을 이용해 우리은하와 이웃하고 있는 화로자리(Fornax) 은하단과 처녀자리(Virgo) 은하단까지의 거리를 알아냈다.
NGC1365는 화로자리에 있는 막대나선은하다. 웬디 프리드만이 이끄는 팀은 NGC1365 안에 있는 50여개 세페이드변광성을 이용해서 화로자리 은하단까지의 거리를 계산했다. 나선팔에 보이는 푸른 점들은 대개 젊은 별이며, 이 가운데는 세페이드변광성도 있다. 이러한 연구는 우주의 크기 또는 나이와 밀접한 관계를 맺고 있는 허블상수를 결정하는데 중요한 역할을 한다.
또한 알랜 샌디지가 이끄는 팀은 나선은하인 NGC4639 내의 세페이드변광성과 초신성 SN1990N을 이용해 처녀자리 은하단까지의 거리를 계산했다. 그 결과 처녀자리 은하단과 화로자리 은하단이 지구로부터 각각 5천만광년, 6천만광년 떨어져 있으며, 서로 반대 방향에 위치해 있다는 것을 알아냈다.
거성의 장엄한 종말
용골자리에 있는 에타카리나는 1백50년 전에 폭발한 거성으로, 태양보다 1백배가 무겁고 5백만배 밝다. 이 별은 가시광선 영역에서 초신성 폭발과 비견되는 막대한 에너지를 방출하지만 초신성만큼 급격한 변화를 겪지 않았다.
우리는 양쪽으로 퍼져나가는 로브(lobe)와 그 사이에 낀 먼지 원반의 모습을 확인할 수 있다. ‘로브’는 두뇌의 ‘엽’을 뜻하는 말이다. 과학동아 96년 6월호 부록으로 나온 사이버글라스를 이용, 에타카리나를 입체로 감상해 보자.
인터넷 상에서 3차원 입체 감상할 수 있는 곳
http://www.stsci.edu/pubinfo/PR/96/23/C.html
