[밤하늘의 물리학] Chapter 10. 성간운의 형태와 별빛의 편광

hunhani (65)in #kr • 7 years ago (edited)

안녕하세요. 훈하니 @hunhani입니다.

오늘은 성간운의 형태와 별빛의 편광에 대해 살펴보겠습니다. @oldstone 님께 천체물리학을 쉽게 설명해주는 글을 부탁받았습니다. @oldstone 님께 이번 시리즈를 헌정합니다.

대문을 제작해주신 @leesol 님께 감사드립니다.

별의 탄생, 진화, 죽음의 순환 고리.

Chapter 7. 성간 물질과 별의 탄생 과정에서 알아본 것처럼 성간 물질은 별의 탄생 과정에 있어 매우 중요한 역할을 합니다. 예를 들자면 지구(우주)에서 생명체(별)와 토양(성간 물질)의 관계와 같다고 할 수 있는데요. 지구의 생명체는 토양으로부터 영양분을 공급받으며 살아가고 죽은 뒤 토양에 묻혀 토양을 더욱 비옥하게 만들지요. 이 비옥해진 토양은 다음 세대의 생명체 탄생에 밑거름이 되기 때문에 생명체가 토양으로부터 와서 토양으로 돌아간다는 말을 합니다. 이와 마찬가지로 별의 탄생, 진화, 죽음의 과정을 겪고 성간 물질이 바로 별의 탄생, 진화, 죽음의 순환 고리를 이어줍니다. 성간 물질이 뭉쳐져서 별이 탄생할 뿐만 아니라 별이 죽음을 맞이할 때는 자신이 만들어 놓은 무거운 원소를 우주 공간으로 흩뿌리며 성간 물질로 되돌아가죠. 또, 이렇게 무거운 원소로 비옥해진 성간 물질은 다음 세대의 별이 탄생할 수 있도록 준비하게 됩니다. 성간 물질은 질량 중 98%가 기체, 나머지 2%가 먼지로 이루어져있는데요. 98%에 해당하는 기체는 수소와 헬륨으로 구성됩니다. 수소와 헬륨 모두 가벼운 기체들인데 우주가 태어난 후 수많은 별이 태어나고 죽으며, 무거운 원소를 만들어 내놓았지만 수소와 헬륨보다 무거운 원소가 성간 물질에서 차지하는 비율은 여전히 매우 희박합니다. 2%에 해당하는 먼지는 흑연과 규소 화합물 또는 철이나 마그네슘으로 주로 구성됩니다. 먼지 표면은 물, 메테인, 암모니아 등의 다양한 분자로 이루어진 얼음층으로 둘러 싸여 있죠.

암흑 성운, 반사 성운, 방출 성운.

Chapter 7. 성간 물질과 별의 탄생 과정에서 가볍게 언급했던 성간운에 대해 자세히 알아보겠습니다. 밤하늘의 별과 별 사이에는 아무것도 존재하지 않는 것처럼 보이지만 사실 별과 별 사이에는 성간 물질이 흩어져 있습니다. 이런 성간 물질 중 일부는 자체 중력에 의해 구름의 형태로 덩어리를 형성할 정도로 밀도가 커져 성간운을 이룹니다. 성간운은 우리에게 어떻게 보이는가에 따라 암흑 성운, 반사 성운, 방출 성운으로 나눈다. 암흑 성운은 먼지가 배경 빛을 흡수해 검게 보이고 반사 성운은 가까이에 있는 별에서 나온 짧은 파장의 파란색 빛이 성간운의 먼지에 산란되어 파란색으로 보입니다. 즉, 암흑 성운과 반사 성운은 성간 물질에서 먼지 때문에 나타납니다. 이와 달리, 방출 성운은 성간운의 기체가 빛을 방출하여 빨간색으로 보입니다. 수소가 별 근처에 분포하는 경우, 별의 강한 자외선에 의해 이온화되고 이 이온화된 원자핵과 전자가 재결합해 중성 수소가 될 때 빨간색 빛을 방출하게 되기 때문이지요.

NGC 6231 (암흑 성운)

말머리 성운 (암흑 성운)

NGC1999 (반사 성운)

메로페 성운 (반사 성운)

삼렬 성운 (방출 성운)

장미 성운 (방출 성운)

성간운은 어떤 형태로 존재할까?

성간운에서 밀도가 작은 곳은 수소가 원자의 형태로 존재하고, 밀도가 큰 곳에서는 대부분 분자의 형태로 존재합니다. 수소 분자는 주로 먼지 표면에서 만들어져 기체 상태로 방출되죠. 수소 분자는 자외선을 받으면 수소 원자로 분해되는데 성간운의 밀도가 충분히 크면 수소가 분자로 존재할 수 있습니다. 수소 분자로 이루어진 성간운에서 별이 태어나면 별에서 방출되는 강한 자외선에 의해 수소 분자가 원자가 된 다음 원자핵으로부터 전자가 떨어져 이온으로 존재하는 영역이 생기게 됩니다.

별빛의 편광

성간 물질에서 먼지의 영향으로 나타나는 주목할 만한 현상은 바로 편광입니다. 이 현상은 성간 물질의 먼지들이 자기장에 의하여 특정 방향으로 정렬되면서 나타나는데요. 편광의 정도는 파장에 따라 다르게 나타나는데, 이 성질을 이용하여 천문학자들은 성간 물질의 성질을 추정합니다. 또한 편광의 방향을 조사하여 우리 은하의 자기장 분포를 알아낼 수도 있지요.