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빅뱅 후 2억~3억 년 지나 우주에서 최초로 만들어진 1세대 별들은 안타깝게도 지금은 볼 수 없다. 태양 질량의 수백~수천 배에 이를 만큼 거대했던 별들은 엄청난 온도와 압력에서 단기간에 빠르게 수소 연료를 소진하며 수명을 다했기 때문이다. 

여전히 관측 증거는 없지만, 1세대 별들이 존재했다는 가설은 현재의 별과 우주를 설명하기 위해 논리적으로 꼭 필요하다. 

빅뱅 이후 온도가 떨어지며 만들어진 원소는 수소와 헬륨, 그리고 아주 조금의 리튬과 베릴륨뿐이었다. 그런데 지금은 그보다 훨씬 많은 원소들이 있지 않은가. 수소와 헬륨 같이 가벼운 원소로 무거운 원소들을 만들기 위해서는 초고온, 초고밀도의 환경이 필요하다. 하지만 우주가 팽창하면서 물질의 밀도와 온도는 오히려 계속 떨어지는 상황이었다. 

그런 우주에서 최초의 별, 즉 1세대 별들은 뜨거운 중심(108K)에서 핵융합을 통해 더 무거운 원소들을 만들어 냈다. 별의 중심에서 수소는 융합돼 헬륨 원자핵이 됐고, 헬륨 원자핵 두 개가 만나 베릴륨이 됐다. 여기에 아주 불안정한 수소(4H)가 더해져 탄소 원자핵(12C)이 만들어졌다. 

일단 역경을 딛고 탄소만 만들어지면, 그 뒤는 비교적 수월하다. 네온, 마그네슘, 산소, 실리콘 등이 차례로 만들어지고, 칼슘에 철까지 쭉쭉 생성된다. 철보다 더 무거운 원소들도 만들어졌지만, 이내 가장 안정적인 원소인 철로 돌아왔다.

1세대 별들은 연료를 다 쓴 뒤 초신성 폭발을 일으키며 이전에는 없었던 입자들을 온 우주에 흩뿌렸다. 이런 과정이 빅뱅 후 약 6억 년까지 이어졌고, 여기서 나온 무거운 원소들을 재료로 2세대 별들이 탄생했다.

우주의 온도 하락과 무거운 원소들의 등장으로 질량이 작은 별들이 만들어졌다. 더불어 핵융합을 돕는 탄소, 질소, 산소가 있어 수소 핵융합도 수월해졌다. 이를 통해 만들어진 2세대 별들은 수십억 년 동안 타올랐고, 길게는 100억 년 이상 유지되고 있다. 오래된 2세대 별 중 하나인 므두셀라별(HD 140283)은 지구에서 1800조km(약 190광년) 떨어져 있어 망원경이나 맨눈으로도 관측할 수 있다.

별이 탄생과 죽음을 반복하며 우주에 무거운 원소는 더욱 늘어났고, 2세대 별보다 무거운 원소를 더 많이 포함한 3세대 별이 등장했다. 태양도 3세대 별에 속한다. 3세대 별들은 무거운 원소를 이용해 행성까지 만들어 냈고, 태양계와 같은 행성계가 구축됐다.

그 결과, 우리가 관측할 수 있는 우주 안에만 은하가 2조 개가량 있고, 각각의 은하는 수백억 개 이상의 별들을 품고 있다. 동시에 은하들은 중력에 의해 모여 은하단을 구성했고, 은하단들은 다시 초은하단이라는 거대 구조를 이뤄 우주를 수놓고 있다.

지금도 별과 은하는 끊임없이 만들어지고 해체되며, 별의 죽음은 다른 새로운 별의 탄생으로 이어지고 있다. 별의 탄생과 죽음이 하나의 시작과 끝이 있는 단발성 사건이 아니라, 계속 이어져 반복되는 일련의 과정인 것이다.

과학자들은 이런 우주를 바라보며 과거를 추측하고, 오지 않은 미래를 예측한다.

 

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