스스로 발광하는 별 항성에 대해 알아볼까요?

지금까지 우리 지구가 몸담은 태양계의 구성원을 살펴보았습니다. 태양계에는 태양이라는 하나의 항성과 수성부터 해왕성까지 8개의 행성, 명왕성을 비롯해 에리스, 하우메아 등의 왜소행성, 세레스와 베스타 등 소행성, 꼬리를 물고 이동하는 혜성 그리고 유성이 존재합니다. 더 멀리서 보면 카이퍼대와 오르트 구름이 태양계를 감싸고 있습니다. 태양계를 벗어나면 더 넓은 우주가 등장합니다. 태초부터 밤하늘을 수놓은 별들은 인간을 매료시켰습니다. 지구에 지성을 가진 존재가 처음 등장했을 때, 그들에게 별은 어떤 의미였을까 어두운 밤을 밝히는 수천 개의 반짝이는 별은 놀라움과 경탄의 대상이었을 것입니다. 아무도 저 위에 무엇이 있는지 몰랐지만, 상상력을 발휘할 수 있었습니다. 별을 천문학 용어로 표현하자면 항성입니다. 태양은 태양계의 유일한 항성입니다. 태양계를 벗어나 더 넓은 우리은하로 시선을 돌리면 최소 수천억 개의 항성이 있습니다. 태양계 기준으로 태양은 중심을 잡아주는 거대한 항성이지만, 우리은하 기준으로는 수없이 많은 항성 중 하나에 지나지 않습니다. 모든 항성은 중심부의 핵이 주변 플라스마와 반응해 빛나는 구형 발광체로, 자체 중력으로 뭉쳐 있습니다. 항성은 핵 원소를 융합해 다른 원소로 바꿉니다. 이런 핵융합 과정에 어마어마한 열과 빛을 방출하는 것입니다. 핵융합 작용과 자체 중력이 결합해 항성을 굉장히 뜨겁지만 안정적인 구체로 만들어냅니다. 항성은 일생 대부분의 시간 동안 수소를 융합시켜 헬륨을 만들며 보냅니다. 오래된 항성일수록 수소가 부족해지고, 일부는 헬륨을 탄소로 융합하며, 가장 오래되고 무거운 항성의 경우 심지어 철로 융합하기까지 합니다. 원소를 융합해 새로운 원소를 만드는 이 과정을 핵 합성이라고 부릅니다. 오래된 항성이 소멸할 때 그 구성은 물질은 온 우주로 흩어져 새로운 항성이나 행성, 기타 천체에 재활용됩니다. 천문학자 칼 세이건은 자신의 저서 코스모스에 우리는 별의 잔해로 이루어져 있다고 썼습니다. 우리가 숨 쉬는 산소부터 혈액 속 철분, 뼈의 칼슘, 세포 분자의 탄소는 모두 오래전 소멸한 별에서 나온 것입니다. 멀리서 반짝이는 저 별은 오랜 시간 인류에게 영감의 근원이자 낭만의 원천이 되어왔습니다. 천문학자들이 사용하는 별의 공식 명칭은 보통 다양한 문화권에서 기원합니다. 아르크투루스와 베텔게우스는 각각 곰의 감시자와 거인의 겨드랑이라는 뜻으로 그리스어와 아랍어에서 유래한 이름입니다. 그리스 신화 속개의 이름에서 유래한 시리우스는 큰개자리 알파로도 알려져 있습니다. 별 이름은 목록에 따라서 달리 표기됩니다. 항성은 광구 색을 기준으로 분류됩니다. 광구란 우리의 눈에 보이는 항성의 표면을 가리킵니다. 천문학자들은 별에서 방출된 빛을 분광기에 통과시켜 스펙트럼을 분석합니다. 항성에 존재하는 각 원소는 흡수선이라는 어두운 선 형태의 흔적을 남깁니다. 이 선들이 별의 온도와 성분을 분석하는 자료가 되어 줍니다. 항성 빛의 스펙트럼은 우리에게 많은 것을 가르쳐줍니다. 항성이 얼마나 빠르게 자전하고 공전하는지 어떤 화학 원소를 포함하는지 자기장이 얼마나 강한지 심지어 대략적인 탄생 시기까지도 알 수 있습니다. 이렇게 항성 빛의 스펙트럼을 분석하는 학문을 항성분광학이라고 합니다. O형 항성은 가장 뜨겁고 밀도가 높은 극대거성, M형 항성은 차가운 적색왜성입니다. 이 분류에 부합하지 않는 일부 항성들은 L, T, Y로 분류되는데, 행성과 항성 사이 준 항성 천체인 갈색왜성도 여기에 포함됩니다. L, T , Y형에 속하는 일부 항성이 행성보다 더 온도가 낮은 경우도 있습니다. O에서 M형까지 항성 분류는 각각 다시 표면 온도를 기준으로 0에서 9까지의 아라비아 숫자로 나뉩니다. 스펙트럼형이라는 표준적인 분류 체계가 있습니다. 대부분의 항성은 이 기준에 잘 들어맞습니다. 스펙트럼형은 항성을 온도가 높은 것부터 차례로 O, B, A, F, G, K, M형 항성으로 나뉩니다.  그 뒤에는 항성의 부피에 따라 O, III, V, VII의 로마 숫자로 표기합니다. 이는 차례대로 초거성, 거성 , 주계열성, 백색왜성을 가리킵니다. 가령 태양은 G2V로, 표면 온도가 G형에서 세 번째로 뜨거운 그룹에 속하고, 주계열성이라는 뜻입니다. 천문학자들은 항성이 이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 이해하기 위해 온도와 광도를 분석해 그래프를 그렸습니다. 천문학에서 가장 널리 알려진 그래프는 헤르츠스프룽-러셀 도표입니다. 항성 온도와 광도 사이 관계를 표시한 것입니다. 그래프에서 대부분의 항성은 주계열성이라 불리는 좁고 구부러진 띠를 따라 존재합니다. 주계열성이란 항성의 일생 중 대부분을 차지하는, 핵융합이 안정적으로 일어나는 단계를 뜻합니다. 항성의 질량은 주계열성에 얼마나 오래 머무를지를 결정합니다. 핵융합을 멈춘 항성은 색과 밝기가 변합니다. 그때부터 주계열성 군단에서 벗어나 그래프의 다른 부분으로 이동하게 됩니다.  태양 질량의 25퍼센트가 되지 않는 작은 별은 주로 백색왜성이 되고 태양을 포함한 거대한 별들은 팽창하여 적색거성이 되었다가 나중에 백색왜성이 됩니다. 가장 큰 별은 적색 초거성이 될 확률이 높습니다. 항성의 수명은 저마다 다릅니다. 짧게는 수백만 년에서 길게는 수십억 년 이상 지속되는 것도 있습니다. 우리가 하늘에서 볼 수 있는 대부분 항성의 수명은 10~100억 년 사이라고 보면 됩니다. 질량이 클수록 항성의 수명은 짧아집니다. 태양의 질량은 우주에서 평균 정도 됩니다.