초신성 폭발 항성의 마지막 순간

인간 수명을 기준으로 보면 별은 영원히 존재하는 것처럼 보입니다. 아주 오래된 고문헌 속에 등장했던 별을 오늘날에도 쉽게 관측할 수 있습니다. 가장 수명이 짧은 별도 최소 100만 년 정도는 살아갑니다. 백색왜성이라 불리는 차가운 암석 덩어리가 됩니다. 별은 살아가는 동안 핵융합 과정을 끊임없이 반복하며 열과 빛을 방출합니다. 바로 지금 태양이 하는 일과 같습니다. 태양은 앞으로 약 50억 년간 계속 중심핵의 수소 원자로 핵융합을 반복할 것입니다. 수소가 고갈되면 헬륨을 융합하고 더 무거운 탄소까지 만들기 시작합니다. 이 과정에서 태양은 주계열에서 벗어나게 됩니다. 주계열성 상태에서 벗어난 태양은 서서히 팽창할 것이고 대기 중의 탄소 때문에 점차 붉은빛을 띠게 됩니다. 안정적으로 핵융합을 일으키며 연료를 소모하는 시기를 주계열성 상태라고 합니다. 그러다가 별에서 핵융합에 사용할 원소가 모두 소진되면 별은 핵융합을 멈추고 주계열성에서 벗어나게 됩니다. 이때부터 별의 노화가 시작되며 흥미로운 일이 일어납니다. 우리 태양계의 유일한 항성이자 지구에 다양한 생명체가 존재할 수 있도록 에너지를 불어넣는 태양이 수명을 다하면 과연 어떻게 될지 상상만으로도 아득하고 아찔한 문제입니다. 역사상 수많은 천문학자가 이를 연구했습니다.나이든 적색거성으로 변해 풍부한 탄소 대기를 우주로 뿜어내고 질량을 잃게 됩니다. 태양이 방출한 탄소 대기는 성간 물질이 되거나 행성상성운과 결합해 먼지 껍질을 형성합니다. 결국 태양 주변 대기가 모두 사라지면 핵만 남아 있다가 강력한 복사열이 행성상성운에 에너지를 공급해 폭발적인 빛을 내고 태양의 핵은 점차 쪼그라들어 백색왜성이 될 것입니다. 이렇게 항성의 소멸 단계에서 강력한 에너지를 방출하며 폭발적으로 발광하는 것을 바로 초신성이라고 합니다. 즉 초신성의 탄생은 항성의 죽음과 같습니다. 항성의 죽음은 행성에도 영향을 미칩니다. 가령 태양이 적색거성이 되면 주변 대기가 팽창해 태양계로 퍼져나갈 것입니다. 그 과정에서 태양과 가장 가깝던 수성과 금성이 파괴될 확률이 높습니다. 지구도 함께 파괴되거나 화성 궤도로 밀려날 수 있습니다. 천문학에서는 일반적으로 태양 질량의 8배 이상 되는 항성을 고질량 항성이라고 부릅니다. 이들은 태양과 마찬가지로 핵융합 단계를 거칩니다. 그러나 태양이 수소에서 핵융합을 시작해 탄소까지 방출하는 반면 이들은 탄소를 네온으로 네온을 산소로 산소를 규소로 융합하며 궁극적으로 철로 이루어진 핵을 만들어냅니다. 그렇게 되면 화성도 현재의 궤도를 벗어날 것입니다. 결국 외행성계의 얼음 행성까지 따뜻한 열이 전달되며 행성들이 새로운 모습으로 변화할지도 모릅니다. 백색왜성으로 변한 태양이 식으면 행성들은 빠르게 얼어붙을 것입니다. 얼마 지나지 않아 태양은 차가운 잿더미가 되고 그러면 태양계의 여덟 행성도 모두 빛을 잃습니다.  철이 핵융합하기 위해서는 항성이 공급할 수 있는 것보다 많은 에너지가 필요하기에 이 지점에서 핵융합 반응이 멈춥니다. 이 단계에서 고질량 항성은 매우 밀도 높은 중성자별로 변합니다. 중심부의 핵이 변화를 겪는 동안 항성의 나머지 부분은 바깥층부터 질량을 빼앗깁니다. 이 과정에서 바깥층이 핵과 충돌해 충격파를 만들어내는데 충격파가 주변 기체에 에너지를 공급하며 일어나는 거대한 폭발을 가리켜 제 II형 초신성이라고 합니다. 제 II형 초신성은 태양보다 질량이 9~45배 정도 큰 거대한 별에서 주로 일어납니다. 백색왜성도 자체적으로 격렬한 폭발을 일으키는데 이를 제Ia형 초신성이라고 합니다. 보통 백색왜성은 핵융합이 끝나 생의 주기가 종료된 상태의 별인데 어떤 원인으로 내부 온도가 높아지면서 에너지를 방출하며 폭발이 일어나는 것입니다. 제 Ia형 최신성에서 나오는 빛은 우주의 거리를 측정하는 데 활용되는 귀한 자료입니다. 우리은하뿐만 아니라 다른 은하에도 초신성의 잔해가 흩어져 있습니다. 가장 유명한 초신성 잔해 중 하나는 작은 망원경으로 관측할 수 있는 게성운입니다. 역사 기록을 보면 1054년에 중국, 일본, 영국 등 세계 각지에서 어마어마한 천체 폭발을 관측했다는 내용이 있습니다. 게성운은 지구에서 약 6,500광년 정도 떨어진 머나먼 곳임에도 눈에 보일 정도로 거대한 폭발이 일어난 것입니다. 동양의 한자 문화권에서는 이를 객성이라고 불렀습니다. 게성운의 중심에 있는 중성자별은 맥동 같은 전파 신호를 방출합니다. 1968년 게성운을 관측하던 천문학자들은 이렇게 맥동하는 천체를 가리켜 펄서라고 이름 붙였습니다.