밤하늘의 별, 항성

항성은 통상적으로 별이라고 부른다. 항성은 막대한 양의 물리학이나 화학 분야에서 이온화된 기체 중 집단적인 움직임을 보이는 입자들로 이루어진 준 중성의 기체를 플라스마로 하는데 이 플라스마가 중력으로 뭉쳐서 밝게 빛나는 납작한 구를 으깬 모양을 가진 회전 타원체 형태의 천체이다. 지구에서 가장 가까운 항성은 태양으로 지구상의 에너지 대부분을 공급해 주고 있다. 그리고 두 번째로 지구에서 가까운 항성은 프록시마라고 한다. 항성은 분자 구름 속에서 생성되었다. 이 구름은 성간 물질 중 밀도가 높은 지역으로 주로 수소로 이루어져 있으며 약 23~28퍼센트의 헬륨과 수 퍼센트의 중원소도 포함되어 있다. 항성 자체는 지구에 비하면 압도적으로 무겁고 밝기가 밝은 존재지만 항성과 항성 사이의 거리는 엄청나게 떨어져 있다고 한다. 행성의 밝기는 기준 시간 동안 항성 한 개가 발산하는 빛의 강도나 다른 형태의 복사 에너지를 말하는데 이 항성의 밝기로 인해서 항성의 반지름과 표면 온도를 구할 수 있다고 한다. 그러나 다른 많은 별은 모든 표면에 걸쳐서 균일한 플럭스를 발산하지는 않는다고 한다. 한 항성의 밝기의 값을 구하는 등급으로는 겉보기 등급과 절대 등급이 있는데 겉보기 등급은 항성의 밝기와 지구 대기의 영향, 지구에서의 거리 등에 따라서 결정된다고 하며 절대 등급은 모든 별을 지구에서 32.6광년 떨어진 곳에 배치해 두었다고 가정했을 때의 밝기와 관련이 있다. 항성 표면의 평균 밝기보다 어두운 부분을 흑점이라고 부르는데 해당 지점이 주변 온도보다 낮기 때문에 생기는 것이다. 상대적으로 크기가 작은 항성의 표면은 거의 특징이 없어서 밋밋한 원반 위에 작은 부분을 여럿 모아둔 형태를 가지고 있으며 태양보다 더 큰 거성의 흑점은 더 뚜렷하고 더 크다고 한다. 항성은 태양처럼 홀로 생겨나기도 하지만 두 개 이상이 되는 별이 동시에 생겨나서 서로를 공전하는 경우도 있다. 가장 흔한 것은 쌍성이다. 심지어 세 개 이상의 별로 이루어진 항성계도 발견되고 있다. 이 세 개 이상으로 생성된 별은 보통 계층 구조를 이루면서 안전하게 공전 궤도를 유지한다. 항성은 그 중심부에서 일어나는 핵분열과 상반되는 현상인 핵융합 반응으로 풀려나는 에너지가 내부를 통과하여 방출되면서 빛을 내게 되는 것이다. 핵융합은 두 개의 원자핵이 부딪혀 새로운 하나의 무거운 원자핵으로 변환되는 반응이다. 우주에서 수수와 헬륨보다 무거운 물질 대부분은 항성의 내부에서 만들어졌다고 한다. 이렇게 항성이 태어나는 대표적인 장소로는 오리온성운을 들 수 있다. 하늘에 보이는 성운 중 하나로 밤하늘에서도 맨눈으로 관측할 수 있는 오리온성운은 분자 구름의 조밀한 부분을 플라스마로 뭉쳐 있는 구 형태로 붕괴하여 항성을 변하는 과정인 항성 형성 밀집 지대라고 하며 지구에서 가장 가깝다고 한다. 항성 형성 과정은 초신성 폭발의 충격파나 두 은하의 충돌, 분자 구름 내부 중력이 불안정해지면 시작된다. 별의 형성은 분자운 안에서만 일어나는데 높은 밀도와 낮은 온도를 가진 분자운에서 일어나는 것은 당연한 현상이지만 중력이 분자운 내에 과도하게 작용하면 내부의 압력이 밖으로 작용하는 힘을 방해하여 분자운이 붕괴가 될 수 있다고 한다. 또한 생성된 모든 별은 대부분 주계열 단계로 보낸다고 한다. 90퍼센트에 이르는 대부분의 기간에 항성들은 중심핵에서 고압, 고온 환경 아래 수소를 태워서 헬륨으로 바꾸는 핵융합 과정을 거친다. 주계열성 중심핵에서 수소를 태워 생기는 온도나 압력 때문에 항성은 핵융합 작용이 일어날 수 있는 환경이 생기는 것이며 그 동시에 자체 중력으로 버티면서 붕괴하지 않고 형태를 유지할 수 있게 된다. 주계열 단계에 있는 별을 다른 말로 하면 난쟁이별이라고도 부른다. 질량이 다른 별들은 진화 단계에서 각자 다른 물리적 속성을 보여주는데 무거운 별은 주변 환경에 미치는 영향의 형태는 가벼운 별들과는 또 다르다고 한다. 천문학계의 항성을 질량에 따라 분류할 수 있는데 초 저 질량별, 저 질량별, 중간 질량별, 고 질량별로 나눌 수 있다. 모든 별은 가스를 우주 공간으로 지속해서 방출하는데 이를 항성풍이라고 한다. 지구의 태양이 방출하는 항성풍은 태양풍이다. 주계열상에서 항성이 지낼 수 있는 시간은 자신이 가진 수소를 어느 정도의 속도로 태우느냐에 따라 그 시간은 결정된다. 즉 항성이 생성될 때의 질량이나 밝기가 항성의 평생 지내게 될 운명을 결정되는 것이다. 초기 질량은 그 별의 밝기. 진화 과정, 수명 등을 결정하는 요인이 된다. 주계열상에서 약 110억 년을 머무를 수 있는 태양보다 더 큰 별은 태양보다 연료를 빨리 태워 가면서 빨리 소멸한다. 반면 태양보다 질량이 작은 별은 연료를 알뜰살뜰하게 소비하게 되어 수백억 년에서 수천억 년까지 살 수 있게 되는 것이다. 별은 전 우주 공간에 균일하게 퍼져 있지 않으며 은하 단위로 살펴본다면 성간 가스, 성간 물질과 함께 일정하게 무리를 짓고 있다. 안정되어 있는 별의 내부는 유체 정역학적 평형 상태에 있다고 한다. 유체 정역학적 평행 상태란 유체가 움직이지 않거나 각 지점의 흐름 속도가 시간이 지나도 일정한 상태를 말한다. 항성 내부의 압력 기울기에 따라 중력과 복사압이 서로 평형 상태를 이룬 것을 말한다. 압력 기울기는 중심부에 비해 바깥쪽으로 갈수록 온도가 낮아지는 플라스마의 온도 기울기에 따라 생겨난다. 항성의 생의 마지막은 자신이 가지고 있던 질량을 우주 공간으로 방출하며 두 개 이상의 물리 상태가 같은 에너지를 가지게 되는 상태가 된다. 방출된 물질은 이전보다 중원소 함량을 더 많이 가지고 있으며 이것은 새로운 별을 탄생시키는 재료로 재활용된다.