별의 탄생
7-1-5 |
별의 구조와 진화 |
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별의 탄생 |
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저온의 거대한 성간 분자운에서 별들이 태어납니다. |
별들 사이에 존재하는 저온의 거대한 성간 분자운에서 별들이 태어납니다.
거대한 성간 분자운이 자신의 중력 때문에 수축하다가 분열되어 작은 원시별들이
무수히 태어납니다. 이 원시별들도 계속 중력수축을하여 내부온도가 상승하여
충분히 뜨거워지면 중심에서 수소핵융합 반응이 일어나 드디어 별이 됩니다.
이 별을 영년 주계열성(ZAMS)이라고 합니다. 질량이 클수록 중력이 커서 빨리 수축하므로
주계열성이 빨리 됩니다.
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별의 질량에 따라 내부구조가 달라집니다. |
주계열성은 질량이 클수록 반경도 크고 광도도 커서 밝습니다. 또한, 표면온도와
중심온도도 높습니다. 하지만 중심밀도는 낮습니다. 뜨거울수록 입자 거리가
멀어지므로 밀도는 작은 것이죠.
주계열성은 뜨거운 복사압과 중력이 균형을 이루어 크기가 일정하게 유지됩니다.
복사압은 밖으로 터져나가려는 힘을 작용하고 중력은 안으로 모으려는 힘을 작용하여
두 힘이 팽팽한 균형을 이루는 상태에서 빛을 내는 별이 바로 주계열성입니다.
주계열성은 질량이 클수록 중심에서 격렬한 수소핵 융합반응이 일어나 내부 온도가
높아지며 광도가 커집니다. 반면에 빨리 타므로 수명은 짧습니다.
질량이 작은 주계열성은 밝기는 별로지만 가늘고 길게 유지하므로 수명은 깁니다.
주계열성의 내부구조는 태양질량의 2배를 기준으로 다음처럼 나눕니다.
1) 태양질량의 2배보다 작을 때
(중심부) 핵반응 영역 - 복사층 - 대류층 (바같 쪽)
2) 태양질량보다 2배 이상 클 때
(중심부) 핵반응 영역 - 대류핵 - 복사층 (바같 쪽)
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질량이 클수록 수명은 짧습니다. |
주계열성의 수명은 질량과 반비례합니다. 질랴이 클수록 화끈하게 타므로
수명이 짧아집니다. 일반적으로 질량의 2-3 제곱으로 수명이 짧아집니다.
질량이 2배이면 수명은 4 -8 배 정도 짧다는 이야깁니다.
주계열성의 수명이 거의 끝나갈 때 쯤이면 별의 중심부에는 수소가 거의 없어지고
헬륨이 가득합니다. 그래서 수소핵 반응은 중심부가 아닌 약간 바같쪽에서 일어납니다.
중심의 헬륨은 중력 때문에 계속 수축하므로 별의 온도는 올라가 수소핵융합반응은
더욱 격렬히 일어납니다. 그 결과 중심부는 수축하고 외곽부는 온도가 상승하여
급격히 팽창하여 별의 반지름이 증가합니다.
별의 반지름이 증가하면 표면온도가 낮아져 거성(큰 별)이 됩니다. 주계열성이
거성이 되는 것이죠. 거성의 말기에 헬륨중심핵의 온도가 1억도 이상 올라가면
헬륨핵 융합반응이 일어나 탄소가 생깁니다. 물론 질량이 작은 별은 중심핵의
온도가 1억도까지 올라가지 못하므로 헬륨핵융합 반응이 일어나지 못합니다.
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별은 폭발하여 그 최후를 맞이 합니다. |
거성 이후의 별의 운명은 별의 질량에 달려 있습니다.
질량에 따라 다음과 같은 최후를 맞이합니다.
1) 질량이 태양의 반 이하(0.1 - 0.5)의 별
중심 온도가 1억도가 되지 못하므로 헬륨 백색왜성으로 끝난다.
백색왜성은 하얀 색의 작은 별입니다.
2) 질량이 태양의 0.5 - 1 인 별
헬륨핵의 연소로 생긴 탄소를 태우지 못하여 탄소 백색왜성으로 끝난다.
3) 질량이 태양의 3 - 8 배인 별
탄소의 중심핵이 폭발하여 초신성이 되어 거의 전부가 우주 공간으로 흩어진다.
초신성이란 폭발로 불꽃놀이 같이 거대하게 커진 별을 말합니다.
4) 질량이 태양의 8-30 배인 별
핵융합 반응의 최종산물인 철을 중심핵으로 남기고 초신성폭발을 하여
중심부에 중성자성을 남긴다. 중성자성이란 입자들이 양성자와 전자들이
엉겨붙을 정도로 찌그러져 원자가 전기를 띠지 않는 중성이 되어 버린 별이다.
그러니 밀도가 엄청나다.
5) 질량이 태양의 30배 이상인 별
초신성 폭발후에 중심에 거대한 블랙홀을 남긴다.
블랙홀은 밀도가 엄청나 중력이 강하여 주변을 지나가는 빛마저 잡아당겨
검게 보이므로 붙여진 이름이다.
결국 별은 성간물질에서 탄생하여 대부분의 일생을 주계열성으로 보내면서
중금속들을 내부에 만든 후 폭발하여 중금속들을 우주에 쏟아 놓는 것이죠.
이 중금속들이 성간 물질들과 합쳐져 새로운 별을 만드는 것입니다.
따라서, 중금속 함유가 많은 별일수록 금방 만들어진 젊은 별입니다.