두 번째로 천문학과 관련해서 쓰게 될 주제는 별과 항성이다.
우리가 가장 흔하게 볼 수 있고 가장 쉽게 접할 수 있는 주제가 될 것이다.
먼저 막대한 양의 플라스마가 중력으로 뭉쳐서 밝게 빛나는 납작한 회전타원체의 천체를 우리는 항성 또는 붙박이별이라고 부르며 우리가 쉽게 알 수 있는 용어로는 별이다. 지구에서 가장 가까운 항성은 태양으로 지구상의 에너지 대부분을 공급하고 있다. 여기서 우리가 헷갈릴 수도 있는데 항성과 행성은 엄연히 다르다. 항성은 위에 얘기했듯이 밝게 빛나는 납작한 회전타원체의 천체를 뜻하지만 우주에서 항성의 둘레를 도는 천체의 한 부류로서 제자리에서 관찰되는 항성과 달리 불규칙하게 떠돌아다닌다는 뜻으로 행성이라는 이름을 붙였다.
항성은 거대한 플라스마 구체로 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있고 수소 및 헬륨 기타 중원소로 이루어진 성간 구름이 붕괴하면서 탄생하게 된다. 항성은 분자구름에서 태어나며 이 구름은 성간물질의 밀도가 높고 온도가 낮은 곳에서 태어나며 이러한 영역에서는 물질들의 운동에너지가 적어 비교적 쉽게 성간운이 수축하며 이 수축으로 인해 중력적으로 더 낮은 에너지 상태를 갖게 된다. 중심의 수축 부분이 일정 밀도에 이르면 이 지역은 광학적으로 두꺼워져서 중력붕괴가 단열적 과정이 되며 이 과정이 되면 압력이 증가하고 정역학적 평형이 이루어진다
이러한 중심 지역에 형성된 천체를 원시별이라 부르며 가장 대표적으로 오리온성운은 자체가 원시별이 아니지만 원시별들이 다수 포함되어 있어 별 탄생의 요람이라고 할 수 있다. 원시성 중 태양 질량 2배 이하를 황소자리 T 항성으로 부르며 그보다 질량이 큰 경우에는 허빅 Ae/Be 항성으로 불린다. 이렇게 새로 태어난 별은 자전축 양단에서 허빅-아로 천체로 불리는 성운끼를 발산한다.
중심핵이 충분히 뜨거워지면 수소 중 일부가 핵융합 작용을 통하여 헬륨으로 전환되며 나머지 수소 물질은 대류 및 복사 과정을 통하여 중심핵에서 생성된 복사 에너지를 바깥쪽으로 옮긴다. 항성은 내부에서 바깥쪽으로 작용하는 복사압과 자체 중력이 균형을 이룬 상태에 있으며 중심핵에 있는 수소가 모두 소진되면 태양 질량의 0.4배가 넘는 항성은 적색거성으로 진화하게 된다.
항성은 질량에 따라 다양한 진화 과정을 겪으며 항성은 수소를 헬륨으로 변환하는 핵융합 반응을 통해 에너지를 생성하면서 빛과 열을 방출시킨다. 이 과정은 항성의 중심핵에서 일어나며 중심핵의 수소가 고갈되면 헬륨을 연료로 사용하는 핵융합 반응이 시작되며 이러한 반응은 항성의 내부 구조와 밝기에 큰 영향을 미친다. 모든 별은 삶의 대부분을 주계열 단계에서 보내며 다음과 같이 항성을 질량에 따라 분류한다.
초저질량별 : 질량이 태양의 50% 미만으로 점근거성가지 단계를 거치지 않고 백색 왜성으로 곧장 진화한다. 저질량별:질량이 태양의 50% 이상 ~ 태양질량의 1.8배~2.2배 미만으로 태양이 여기에 속한다. 점근거성가지 단계를 거치며 여기에서 헬륨 축퇴핵이 만들어진다.
중간질량별: 헬륨 융합을 거치며 여기에서 탄소-산소 축퇴핵이 만들어진다. 고질량별:최소 질량이 태양의 7~10배나 5~6배일 수도 있다. 탄소 융합 과정을 거치며 중심핵이 붕괴하면서 초신성 폭발로 최후를 맞는다. 별은 표면온도와 광도를 기준으로 분류하게 된다. O형 별은 가장 뜨겁고 밝으며, 청백색을 띠며, 표면온도는 30000K 이상이다. B형 별은 매우 밝고 뜨거우며 푸른색을 띠며 표면온도는 10000~30000K 사이에 속하게 된다. A형별은 백색을 띠며, 표면온도는 7500~10000K 사이에 있으며 예로 시리우스가 있다. F형 별은 황백색을 띠며 표면온도는 6000~7500K 사이에 속한다. G형 별은 노란색을 띠며 표면 온도는 5000~6000K 사이에 있으며 우리 태양이 여기에 속하게 된다. K형 별은 오렌지색을 띠며 표면온도는 3500~5000K 사이에 있다. M형 별은 가장 차갑고 어두우며 붉은색을 띠고, 온도는 3500K 이하이다.
항성의 운동 성분은 태양에서 멀어지는 방향으로서의 시선 속도 성분과 고유 진동이라고 불리는 각운동량 성분으로 이루어져 있다. 시선 속도는 항성의 스펙트럼선을 이용한 도플러 효과로 구할 수 있으며 단위는 km/sec으로 나타낸다. 고유운동은 시간이 지남에 따라 천구에서 별의 위치가 변하는 것을 말하며 이것은 아주 미미한 변화이므로 정밀 측정 장치로 값을 구하며 보통 단위는 Milli-arc seconds/year로 나타낸다. 고유 운동 값이 큰 별은 상대적으로 태양과 가까우며 시차 측정이 쉬운 대상들이 된다. 고유 운동 및 시선 속도 값을 모두 알 수 있다면 한 별이 태양 또는 은하에 대하여 움직이는 공간속도를 계산할 수 있다. 인접한 별들의 움직임을 비교하여 성형의 존재를 알게 되며 성협의 구성원들은 서로 비슷한 고유운동을 보이며 큰 규모의 분자 구름 속에서 한꺼번에 태어났다고 본다. 별의 나이는 대부분 1억살에서 100억 살 사이에 분포해 있다 일부 별은 우주의 나이와 비슷한 137억 살 근처인 것으로 파악하고 있다. 현재까지 가장 오래된 항성이자 천체는 HD 140283이다 이 별은 지구에서 190광년 떨어져 있으며 나이는 136억 6000만년에서 152억 6000만년으로 사이로 추정하고 있다. 여담으로 NASA는 이 별에 성경에서 가장 장수한 인물로 나오는 므두셀라에서 딴 므두셀라성이라는 별명을 붙였다.
항성은 우주의 구조와 진화를 이해하는데 중요한 역할을 하고 있으며 에너지를 방출하며 행성의 형성과 생명의 진화를 가능하게 하고 있다. 항성의 생애 주기를 이해하는 것은 우주의 기원과 미래를 이해하는데 중요한 정보를 제공하고 있다. 항성에 대한 연구는 천문학의 중요한 분야 중 하나로 우주의 다양한 현상을 이해하는데 필수적이며 항성의 형성, 진화, 분류 등에 대한 심층적인 연구를 통해 우리는 우주의 수수께끼와 같은 우주의 신비를 조금씩 풀어나가고 있다.
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