초신성 이야기 — 별의 장렬한 최후와 우리 몸의 기원
하나의 별이 은하 전체만큼 밝게 빛나는 대폭발, 초신성. 무거운 별의 장렬한 죽음이 어떻게 새로운 별과 행성, 그리고 우리 몸을 이루는 원소를 흩뿌리는지 알아봅니다.
별도 죽는다
별은 영원하지 않습니다. 별은 중심에서 수소를 헬륨으로 융합하며 그 에너지로 빛나는데, 연료가 떨어지면 균형이 무너지며 생을 마감합니다. 태양처럼 가벼운 별은 조용히 부풀어 올라 껍질을 벗고 백색왜성으로 식어 가지만, 태양보다 여덟 배 이상 무거운 별은 전혀 다른 최후를 맞습니다 — 바로 「초신성(supernova)」이라 불리는 대폭발입니다.
초신성은 한순간 태양의 수십억 배, 때로는 은하 전체에 맞먹는 빛을 뿜어냅니다. 그래서 옛사람들은 아무것도 없던 하늘에 갑자기 밝은 별이 나타난 것으로 여겨 「새로운 별(신성, 新星)」이라 불렀습니다.
중심이 무너지는 순간
무거운 별은 수소를 다 태운 뒤에도 헬륨, 탄소, 산소를 차례로 융합하며 점점 무거운 원소를 만들어 갑니다. 그러나 철(鐵)에 이르면 더는 에너지를 낼 수 없어, 중심핵이 스스로의 무게를 버티지 못하고 순식간에 붕괴합니다. 지구만 한 핵이 1초도 안 되어 도시만 한 크기로 짜부라지고, 그 반동으로 별의 바깥층이 초속 수천 km로 우주로 날아가는 것이 「중력붕괴형 초신성」입니다.
남겨진 중심핵은 그 무게에 따라 「중성자별」(한 숟갈이 수십억 톤에 이르는 초고밀도 별)이 되거나, 더 무거우면 빛조차 빠져나오지 못하는 「블랙홀」이 됩니다.
우리는 별의 먼지로 만들어졌다
초신성이 중요한 까닭은 단순히 화려해서가 아닙니다. 금·은·철 같은 무거운 원소는 별의 폭발이라는 극한의 순간에만 대량으로 만들어져 우주에 흩뿌려집니다. 지금 우리 몸속의 철분, 뼈의 칼슘, 우리가 낀 금반지의 금은 모두 수십억 년 전 어느 별이 초신성으로 폭발하며 남긴 재입니다.
천문학자 칼 세이건의 말처럼, 우리는 문자 그대로 「별의 먼지(star stuff)」로 이루어져 있습니다. 초신성이 흩뿌린 원소가 다시 뭉쳐 새로운 별과 행성이 되고, 그중 하나인 지구에서 생명이 태어났기 때문입니다.
역사에 기록된 초신성
1054년, 고려와 중국·아랍의 천문 기록에는 황소자리에 낮에도 보일 만큼 밝은 「객성(客星)」이 나타났다가 사라졌다고 적혀 있습니다. 오늘날 그 자리에는 폭발의 잔해인 「게 성운(M1)」이 남아 있습니다. 1572년 카시오페이아자리의 「티코의 별」과 1604년 뱀주인자리의 「케플러의 별」은 근대 천문학이 하늘의 불변성을 의심하게 만든 사건이었습니다.
가장 가까운 최근 초신성은 1987년 대마젤란은하에서 폭발한 SN 1987A입니다. 그리고 겨울 하늘의 오리온자리 베텔게우스는 이미 생의 막바지에 있어, 천문학적으로 「곧」 초신성으로 폭발할 다음 후보로 주목받고 있습니다.