기본 콘텐츠로 건너뛰기

우주 이야기 55 - 별의 최후 2




 3. 태양 질량의 8 배 이상인 별 (무거운 별) 의 최후


 태양 질량의 8 배 정도 되는 질량의 거대 항성은 중심부의 강한 중력과 온도로 인해 수소와 헬륨은 물론 탄소나 그 보다 무거운 원소를 연료로 핵융합 반응을 일으킬 수 있다. 이것은 중심부의 온도와 압력이 매우 높기 때문인데 이로 인해 핵융합 반응 속도도 매우 빨라서 오히려 질량이 큰 별일 수록 그 수명이
짧다. 


 이런 별들은 그 표면 온도가 매우 높으며 분광형으로 볼 때 대개 O 형이나 B 형으로 보이게 된다. 이런 별들은 O-B 성협을 이루어 집단으로 존재하기도 한다. (O,B 형 항성 및 OB 성협에 대해서는 이전 포스팅 참조 http://blog.naver.com/jjy0501/100094861958 ) 


 최후가 가까워지면 거대 질량 별들도 거성이 된다. 특히 태양 질량의 10 배 이상 되는 별들은 초거신성 (Supergiant) 로 진화 한다. 여기에는 거의 말기 상태로 표면 크게 부풀어 오르면서 표면 온도가 떨어진 적색 초거성 (Red Supergiant) 과 아직 그 단계에는 이르지 않았지만 좀 더 큰 질량으로 아주 높은 온도로 빛나는 청색 초거성 (Blue Supergiant), 그리고 대단히 큰 질량의 극대 거성 (Hypergiant) 들이 있다. (거대 항성에 대한 포스팅은 O/B 형 항성 포스트 및  포스팅 참조  http://blog.naver.com/jjy0501/100084323902) 아래 HR 도표 참조를 참조  



(태양 질량의 15.5 배 정도 크기의 적색 초거성 안타레스. 거대하게 부풀어 올라 그 지름이 화성의 공전 궤도보다 크다. 대략 태양 지름의 800 배라고 생각된다.  This work has been released into the public domain by its author, Sakurambo at the wikipedia project. This applies worldwide.)


(HR 도표. 한축에는 분광형 (spectral type) 색지수 (Colour (B-V)), 혹은 온도 (Temperature), 를 표시하고 다른 축에는 절대 등급 (Absolute magnitude) 와  광도 (Luminosity) 를 표시해서 상대적인 상관관계를 표시한다   CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시  저자 Richard Powell  minor adjustments by:penubag)


 대략 태양 질량의 8 배에서 25 배 이르는 별들은 수천만년 정도 강하게 연소되다가 중심부에 수소와 헬륨이 고갈되기 시작한다. 앞서 이야기 한데로 태양 질량의 8 배 이하인 별들은 헬륨 까지 밖에 연소할 수 없지만 그 이상 질량 별에서는 중심부에서 탄소의 연소가 시작된다. 

 탄소가 연소되면서 거성 내부에는 철까지 일련의 항성 핵합성 (Stellar Nucleosynthesis) 이 순차적으로 진행된다. 이를 소개하면 


 수소 핵융합 반응 : 양성자 - 양성자 연쇄 반응 (Proton - Proton chain reaction)
                             CNO cycle
                          :  수소가 연소되어 헬륨 발생 

 헬륨 핵융합 반응 : Triple alpha process
                             Alpha process
                           : 헬륨이 연소되어 탄소 생성

 그리고 탄소, 산소, 네온, 실리콘 연소 과정 

 : 









  을 통해 철보다 (Fe) 가벼운 원소들이 모두 합성된다. 이런 원소들은 무거운 원소일 수록 밀도로 인해 아래로 깔려서 중심부로 가게 되며 별 내부 중심에는 원소들 별로 층을 이루어 마치 양파 껍질 같은 상태가 된다. 각 층은 계속 연소되며 보다 무거운 원소를 만들고 이렇게 생성된 원소는 다시 아래층으로 내려간다. 


(무거운 별의 내부에서 핵융합이 이루어지는 메카니즘. This work has been released into the public domain by its author, Uber nemo at the English Wikipedia project. This applies worldwide. )


 이 과정은 철에서 멈출 수 밖에 없다. 철보다 무거운 물질은 합성 되면서 에너지를 내놓는게 아니라 소모하기 때문이다. (iron peak) 별은 일생동안 자체의 중력으로 인해 중심부로 뭉치려는 힘이 있다고 앞서 설명했다. 그러나 별의 일생 동안 핵융합 반응에 의해 중력 붕괴를 피할 수 있다. 철 전까지는 핵융합 반응 과정에서 내놓는 에너지로 인해 팽창력이 생겨 중력의 힘을 상쇄하기 때문이다. 


 따라서 철이 생성되는 순간 불과 수초만에 이 거대한 항성은 중심으로 붕괴된다. 그리고 순간적으로 압축되면서 생기는 에너지로 폭발한다. 사실 철은 별의 입장에서 보면 맹독성 물질이나 다름없다. 생성되는 순간 별은 폭발할 수 밖에 없기 때문이다. 이 폭발은 초신성 폭발이라 부르며 다음 시간에 이야기 할 것이다. 



댓글

이 블로그의 인기 게시물

렘 수면이 식이 패턴에 영향을 준다?

  ( Using a techniqu e called optogenetics, the activity of cells in the brain can be specifically suppressed with light pulses. Credit: Pascal Gugler / Insel Gruppe )  수면 중 빠른 안구 운동이 발생하는 렘 (REM) 수면은 아직도 그 기능이 완전히 밝혀지지 않았지만, 수면에서 매우 중요한 부분이라는 사실은 확실합니다. 렘 수면은 꿈과 관련이 깊으며 전체 수면 시간이 부족하지 않더라도 렘 수면 시간이 짧으면 다음날 집중력이 떨어지고 많이 피곤하게 됩니다. 아마도 렘 수면 시간 동안 여러 가지 기능과 작업이 이뤄짐을 시사하는 결과입니다.   베른 대학교 ( University of Bern )의 과학자들은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해서 렘 수면이 식이 패턴에 미치는 영향을 조사했습니다. 연구팀은 렘 수면이 외측 시상하부 ( lateral hypothalamus)에 영향을 주어 식욕을 조절할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 외측 시상하부는 모든 포유류에서 볼 수 있는 시상하부의 작은 핵으로 식욕을 조절하는데 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 과거 과학자들은 렘 수면 동안 외측 시상하부가 활성화되는 것을 확인했지만, 렘 수면이 실제 식욕을 조절하는지에 대해서는 알지 못했습니다. 렘 수면 동안 외측 시상하부만 차단할 방법이 없었기 때문입니다.   연구팀은 빛으로 살아있는 세포를 조절하는 기술인 광유전학 (optogenetic) 방식으로 렘 수면 중인 쥐의 외측 시상하부 활동을 차단했습니다. 그 결과 쥐의 식욕이 저하되는 것을 확인할 수 있었습니다. 불과 하루 간 차단만으로도 4일 정도 효과가 지속될 정도로 식욕에 대한 영향이 컸습니다. 이는 렘 수면이 식욕을 적절하게 유지하는 데 도움을 준다는 점을 시사합니다.   사실 최근에 다이어트에 대한 수요가 폭발해서 ...

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

비타민 D - 우울증 예방 효과는 없다

   다른 비타민과 마찬가지로 비타민 D는 사람이 살아가는데 반드시 필요한 비타민입니다. 비타민 D가 부족한 경우 뼈에 심각한 문제가 생길 수 있습니다. 그런데 한 가지 더 흥미로운 사실은 여러 질병에서 비타민 D 부족이 관찰된다는 것입니다. 예를 들어 우울증의 경우에도 비타민 D 부족이 보고된 바 있습니다. 일부 연구자들은 햇빛을 받아 생성되는 비타민 D 부족이 계절성 우울증 장애 (seasonal affective disorder)의 원인일지 모른다고 생각해왔습니다.   하지만 하버드 의대와 메사추세스 종합 병원(MGH)의 연구팀은 비타민 D3 (cholecalciferol) 보충제를 사용한 대규모 임상 시험에서 비타민 D 복용이 우울증 예방에 특별한 효과가 없다는 사실을 확인했습니다. 이 연구는 종합 비타민제 혹은 단독으로 사용되는 비타민 D 보충제가 질병 예방에 효과가 있는지를 알아보기 위한 것으로 평균 67세의 건강한 성인 남녀 18,353명을 대상으로 진행되었습니다. 연구 참여자들은 두 그룹으로 나뉘어 콜레칼시페롤 (비타민 D3) 2000 IU 혹은 위약을 받아 5년간 복용했습니다. 우울증의 정도는 8-item Patient Health Questionnaire depression scale [PHQ-8]로 측정했습니다.   이 연구에서는 분명한 비타민 D 결핍증이 있는 경우는 제외했는데, 의학적으로 보충이 필요한 정도의 결핍이라면 치료를 하는 게 맞지 위약을 5년이나 주는 것은 윤리적으로 문제가 있기 때문입니다. 따라서 연구의 목표는 비타민이 부족하지 않은 건강한 사람에서 비타민 보충제가 혹시 우울증 예방에 효과가 있는지를 알아보려는 것입니다.   연구 결과 실험군과 대조군 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 없었습니다. 우울증 발생률은 두 그룹에서 별로 차이가 없었으며 연구 시작과 종료 시점에 그룹 내에서도 별 차이가 없었습니다. 따라서 비타민 D가 부족하지 않...