성운과 원시별 형성
쉽게 말하면
우주 공간은 완전히 비어 있지 않고, 곳곳에 수소를 주성분으로 한 가스와 티끌이 모여 있습니다. 이 구름이 성운입니다. 성운은 대체로 매우 차갑고 밀도가 낮아 그대로 있으면 아무 일도 일어나지 않지만, 어떤 계기로 한 부분의 밀도가 높아지면 그 부분의 중력이 주변 물질을 끌어당기기 시작합니다.
일단 수축이 시작되면 스스로를 가속합니다. 물질이 모일수록 중력이 세지고, 중력이 세지면 더 빨리 모입니다. 이때 물질이 중심으로 떨어지며 잃은 위치 에너지가 열로 바뀌어 중심부가 점점 뜨거워집니다. 온도가 올라 스스로 빛을 내기 시작한 이 덩어리를 원시별이라고 부릅니다.
여기서 가장 중요한 점은, 원시별이 내는 빛의 정체가 핵융합이 아니라 중력 수축 에너지라는 것입니다. 원시별은 아직 중심 온도가 핵융합을 일으킬 만큼 높지 않습니다. 수축이 계속되면서 중심 온도가 계속 오르고, 마침내 수소 핵융합이 시작될 수 있는 온도에 도달하는 순간 별의 성격이 완전히 바뀝니다. 핵융합이 만드는 압력이 중력과 균형을 이루면서 수축이 멈추고, 크기와 밝기가 안정된 상태로 오래 머무는 주계열성이 됩니다. 여기서부터가 별의 진화의 본편입니다.
수축하는 데 걸리는 시간은 질량이 정합니다. 질량이 큰 덩어리일수록 중력이 세서 훨씬 빠르게 수축하고, 중심 온도도 빨리 올라 주계열에 일찍 도달합니다. 반대로 질량이 작으면 수축이 느려 주계열에 도달하는 데 오래 걸립니다. 흥미롭게도 주계열에 빨리 도착한 무거운 별이 정작 주계열에 짧게 머무릅니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1원시별이 붉고 어둡게 보이는 이유원시별은 아직 크기가 크고 표면 온도가 낮아 붉은빛을 냅니다. 게다가 자신을 만든 성운의 가스와 티끌에 파묻혀 있어 가시광선으로는 잘 보이지 않습니다. 그래서 별의 탄생 현장은 주로 티끌을 잘 통과하는 적외선으로 관측합니다.
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예시 2수축이 멈추는 순간중심 온도가 수소 핵융합을 일으킬 만큼 오르면, 융합이 만드는 압력이 안쪽으로 당기는 중력과 맞서 균형을 이룹니다. 이 균형이 잡히는 순간 수축이 멈추고 크기가 안정됩니다. 별이 수백만~수십억 년 동안 거의 변하지 않는 이유가 바로 이 균형입니다.
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예시 3성운의 자전이 만든 원반수축하는 구름이 조금이라도 회전하고 있었다면, 작아질수록 회전이 빨라집니다. 그 결과 물질이 중심 둘레에 납작한 원반 모양으로 남고, 그 원반에서 행성이 만들어집니다. 태양계의 행성들이 거의 같은 평면에서 같은 방향으로 도는 이유입니다.
순서대로 하면
- 1성간 가스와 티끌이 모인 차갑고 밀도 높은 성운이 준비됩니다.
- 2어떤 계기로 밀도가 높아진 부분이 자체 중력으로 수축하기 시작합니다.
- 3떨어지는 물질의 위치 에너지가 열로 바뀌어 중심이 뜨거워지고, 스스로 빛나는 원시별이 됩니다.
- 4수축이 계속되어 중심 온도가 수소 핵융합이 가능한 온도에 도달합니다.
- 5핵융합 압력과 중력이 균형을 이루며 수축이 멈추고, 주계열성으로 안정됩니다.
자주 하는 오해
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 태양과 별의 관측
자주 묻는 질문
Q1성운은 왜 저절로 수축하기 시작하나요?
Q2수축하는데 왜 뜨거워지나요?
Q3수축한다고 모두 별이 되나요?
주계열에 도달한 별이 그 뒤에 어떤 길을 걷는지는 별의 진화에서 이어집니다.
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