우주에서 가장 큰 별 – 크기 비교
우주에서 가장 큰 별은 무엇일까요 또 그 별이 큰 이유는 뭘까요 아니
그보다 별이란 건 대체 뭐죠 별이 되고 싶은 무언가
이 여정은 지구로부터 시작됩니다. 배울 게 있는 건 아니고 대략적
규모를 파악하려고요. 별과 같은 특성을 갖는 것 중 가장
작은 건 가스상 거대 행성 혹은 준갈색왜성입니다.
태양계에서 가장 거대한 행성인 목성처럼요.
지구보다 11배 크고 317배 무겁습니다. 그리고 태양과 비슷한 물질로 구성되어
있죠. 단지 그 물질의 함량이 훨씬 훨씬 적을 뿐입니다.
별과 더 비슷한 건 갈색왜성입니다. 별이 되다 말아서 실망스러운 녀석
들이긴 하지만요. 질량은 목성의 13에서 90배에 달
합니다. 그러니 목성 90개를 던져서 서로
부딪치게 해도 보기엔 재밌을지 몰라도 별이 되지는 않습니다.
흥미로운 건 갈색왜성은 질량을 키워도 크기는 커지지 않는다는
겁니다. 단지 밀도가 증가합니다. 이러면 핵의 압력이 올라가 핵융합
반응이 천천히 일어나고 약간 빛이 납니다.
그래서 갈색왜성은 어느 범주에도 속하지 않는 약간 빛나는 가스상
거대 행성입니다. 우리는 별에 관심이 있지 별이 되다
만 반푼이에는 관심이 없으니 넘어 갑시다.
주계열성 거대한 가스 공의 질량이 임계치
를 넘으면 핵의 온도와 밀도가 불이 붙을 정도로 올라갑니다.
핵 속의 수소가 결합해 헬륨이 되고 거대한 에너지를 내뿜습니다.
이런 별들을 주계열성이라 합니다. 질량이 크면 클수록 주계열성은
더 뜨겁고 밝게 타며 수명이 짧 습니다.
수소가 다 타고나면 별은 커집니다. 원래 크기의 수십만 배까지 자랍니다.
하지만 전체 수명에 비하면 이렇게 거대한 시기는 짧습니다.
이제 우리는 별의 생애를 서로 크게 다른 시점에서 비교할 겁니다.
그렇다고 별것 아닌 녀석들은 아닙니다. 우리가 아기와 어른을 비교할 것
이란 사실만 기억해주세요. 이제 처음으로 돌아갑시다.
진정한 별 중 가장 작은 것은 적색 왜성입니다. 목성 질량의 100배 정도
이고 수소를 헬륨으로 겨우 융합 할 수 있을 정도입니다.
별로 무겁지 않기 때문에 작고 별로 뜨겁지도 않고 밝지도 않습니다.
주계열성에 속하는 별 중 죽을 때 커지지 않고 꺼지듯이 사라지는
유일한 별입니다. 적색왜성은 단연코 우주에서 가장
흔한 별입니다. 매우 천천히 타기 때문에 수명이
10조 년 정도이고 이는 지금 우주 나이의 천배 정도입니다.
지구와 가장 가까운 별 중 하나가 바너드별이라는 적색왜성입니다.
너무 어두워서 망원경으로만 볼 수 있죠.
적색왜성만을 다루는 영상도 있으니 궁금하시면 찾아보세요.
다음 단계는 우리 태양 같은 별 입니다.
태양이 태양계를 지배한다는 말 만으로는 태양의 위상을 완벽히
표현하기 어렵습니다. 태양은 태양계 질량의 99.86%를 차지하거든요.
적색왜성보다 훨씬 뜨겁고 밝게 타며 그래서 수명이 100억 년입니다.
태양의 질량은 바너드별의 7배입니다. 덕분에 약 300배 밝고 표면 온도
는 두 배입니다. 더 큰 걸 봅시다.
질량이 약간만 변해도 주계열성의 밝기는 크게 변합니다.
밤하늘에서 가장 밝은 별은 시리우스 입니다. 2 태양질량에 반경은 태양의
1.7배입니다. 하지만 표면 온도는 10000도에 가깝고 태양보다 25배 밝
습니다. 이 정도로 밝게 타니 수명은 네
배 짧아 25억 년입니다. 태양의 10배 정도 질량을 갖는 별은
표면 온도가 25000도에 달합니다. 베타 센타우리에는 이런 거대한
별이 두 개 있습니다. 둘 다 태양 보다 약 20000배 밝게 빛나고 있죠
. 고작 13배 큰 것치고는 엄청난 에너지
지만 수명이 2천만 년밖에 되지 않습니다.
태양이 우리은하를 한 바퀴 도는 동안 이런 푸른 별 몇 세대가 통째로
죽습니다. 그럼 이게 공식일까요 더 무거우면
더 클까요 우리가 아는 가장 무거운 별은 r
136a1입니다. 315태양질량이고 밝기는 태양의
9백만 배에 달합니다. 하지만 이 무지막지한 질량과 에너지
에 비해 크기는 고작 태양의 30배 밖에 되지 않습니다.
이 별은 극단적인 형태를 중력으로 겨우 유지하고 있어서 항성풍으로
321조 톤의 물질을 잃습니다. 그것도 매초마다요.
이런 별은 극히 드문데 별이 만들어지는 법칙을 약간 깨는 존재라서 그렇
습니다. 이렇게 초질량 항성이 태어나면
매우 높은 온도와 밝기로 타는 데 이 에너지가 질량을 더할 만한 가스
를 밀어내버립니다. 그러니 이런 별의 질량 한계점은
약 150태양질량 정도입니다. r136a1은 아마 밀도 높은 별형성영역
에서 여러 고질량 별이 뭉쳐서 생겼 을 겁니다. 이들은 단 수백만 년
만에 핵의 모든 수소를 다 태웁 니다.
이 말은 이들이 희귀하고 수명도 짧다는 뜻이죠.
여기서부터는 질량을 더한다고 커지지 않습니다. 더 큰 별을 만들려면
별을 죽여야 하죠. 적색거성
주계열성이 핵에 있는 수소를 거의 다 쓰게 되면 크기가 줄면서 더
뜨겁고 밀도가 높게 변합니다. 그러면 더 뜨겁고 빨리 핵융합이
일어나고 이 에너지가 중력을 상쇄 하면서 바깥층이 부풀어 올라 거대한
별이 됩니다. 이런 별은 정말 거대하다는 말이
어울릴 정도로 커집니다. 가크룩스를 예로 들어 봅시다.
태양보다 30% 무거울 뿐이지만 반경 은 84배 큽니다.
하지만 우리 태양이 죽을 때가 되면 부풀어 올라 가크룩스보다 더 커
질 겁니다. 현재 반경의 200배가 됩니다.
이 마지막 단계에서 태양은 내행성 을 잡아먹습니다.
멋지다고요 하지만 우주에서 가장 큰 별은 따로 있습니다.
극거대성입니다. 극거대성은 우주에서 가장 무거운
별들이 커졌을 때입니다. 이런 별은 엄청나게 넓은 표면적
에서 미친 듯이 큰 에너지를 내 뿜습니다.
어찌나 큰지 스스로 흩어질 정도 입니다. 표면의 중력이 약해서 물질이
항성풍에 다 쓸려 날아갑니다. 피스톨별은 25태양질량에 반경은
태양의 300배인 별입니다. 반짝이는 푸른 별빛 때문에 피스톨이라는
이름이 붙은 청색극거대성입니다. 이 별이 얼마나 더 살지는 모르지만
아마 수백만 년 정도일 겁니다. 청색극거대성보다 더 큰 건 황색
극거대성입니다. 가장 잘 연구된 별은 카시오페이아
자리 로입니다. 지구에서 수천 광년 떨어져 있지만 너무 밝아서 맨눈으로
도 볼 수 있는 별입니다. 40 태양질량이고 반경은 태양의
500배 정도입니다. 그리고 50만 배 더 밝죠.
태양의 위치에 카시오페이아자리 로가 있었으면 지구는 별 안에 있었
을 것이고 우리는 살아있지 않을 겁니다.
하지만 황색극거대성은 매우 희귀 합니다. 15개만 발견되었죠.
별이 여러 극거대 형태를 거쳐 커 지거나 작아지면서 짧게 지나가는
중간 상태에 불과할지 모릅니다. 알려진 최대의 별은 적색극거대성
입니다. 아마 가능한 최대 형태 일 겁니다.
그럼 이 미친 경쟁의 승자는 누굴 까요
사실 우리도 모릅니다. 적색극거대성은 엄청나게 밝고
멉니다. 그 말은 우리 측정에 약간의 불확실성만 있어도 오차가 매우
커진다는 뜻입니다. 게다가 적색극거대성은 스스로
흩어지고 있는 태양계만 한 크기의 거대한 천체라서 측정하기가 더
어렵습니다. 과학과 측정 장비가 발전하면서
가장 큰 별은 바뀔 것입니다. 지금까지 발견된 가장 큰 별 중
하나는 스티븐슨 2-18입니다. 태어날 때는 태양의 수십 배 질량
을 가진 주계열성이었겠지만 지금은 그 질량의 반을 잃었을 가능성이
높습니다. 일반적 적색극거대성이 태양의
1500배 크기인 반면 스티븐슨 2-18 의 반경은 태양의 2150배이며 밝
기는 태양의 약 50만 배에 달합니다. 태양은 이 별에 비하면 먼지 같습니다.
우리 뇌는 이 정도 크기를 이해할 능력이 없습니다.
광속으로도 표면을 한 바퀴 돌려면 8.7시간이 필요합니다.
지구에서 가장 빠른 비행기로 500 년이 걸립니다.
태양 위치에 있다면 토성 공전 궤도 까지 차지할 겁니다.
나이가 들면서 질량은 더 빠져나가 고 다른 더 뜨겁고 작은 극거대성
형태로 줄어들고 무거운 물질이 핵에 쌓이다가 결국 폭발하면서
핵 수축 초신성이 될 겁니다. 가스 를 다시 우리은하에 돌려주는 거죠
. 이 가스는 다시 온갖 크기의 별을
만들어 새 세대를 열 겁니다. 탄생 과 죽음의 순환을 다시 시작해 우주를
밝히면서요. 이 여정을 다시 가봅시다. 이번에는
아무 말도 없이요. 우주는 넓고 그 안에는 거대한 것들이
많습니다.
