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대본

우주에서 가장 큰 별은 무엇일까요?

왜 그렇게 큰 걸까요?

또 그 별은 무엇일까요?

별이 되고 싶은 물질들

먼저 지구에서부터 우리의 여정을 시작해봅시다.

딱히 배울 건 없지만,

어렴풋하게나마 규모에 대한 감각을 갖기 위해서입니다.

별과 유사한 특징을 가진 것들 중 가장 작은 것은

거대한 가스 행성이나 준갈색 왜성입니다.

태양계에서 가장 거대한 행성인 목성처럼요.

지구보다 11배 크며 질량은 317배나 되고,

태양과 거의 비슷한 물질로 만들어졌습니다.

다만 훨씬 더 작을 뿐이죠.

별로 전환되는 과정은 갈색 왜성이라는

성간운에게 큰 실망을 안겨주는 실패한 별에서 시작됩니다.

갈색 왜성은 목성에 비해 13배 ~ 90배 정도의 질량을 가지고 있습니다.

그래서 만약 우리가 90개의 목성을 가져다 서로에게 던진다 해도

보기엔 재밌을지 모르지만 별을 만들기에는 부족할 것입니다.

흥미롭게도, 갈색 왜성에 많은 양의 질량을 더하는 것은

크기를 크게 만들기보다는 내부의 밀도만을 높입니다.

이것은 특정한 핵융합 반응이 천천히 일어나고

물체가 약간 빛을 낼 수 있을 정도로

핵 내부의 압력을 증가시킵니다.

그러므로 갈색 왜성들은 어느 범주에도 잘 맞지 않는

빛나는 거대한 가스 행성 중 하나입니다.

그렇지만 저희는 별이 되는데 실패한 것이 아니라

별에 대한 이야기를 하고 있으니

넘어가도록 합시다.

주계열성

거대한 가스 구체가 일정한 질량 임계점을 넘어서면

그 중심부는 불이 붙을 정도로 뜨거워지고 밀도가 높아집니다.

수소가 중심부의 헬륨과 융합되어

엄청난 양의 에너지를 방출합니다.

이러한 과정을 거친 별들을 우리는 주계열성이라고 부릅니다.

주계열성은 거대해질수록 더 뜨겁고 밝게 타오르며

수명도 짧아집니다.

수소 연소 단계가 끝난 별들은

원래 크기의 수십만 배까지 자라납니다.

하지만 이렇게 거성이 되는 과정은

별의 수명 중에서 극히 일부분입니다.

그래서 주계열성과는 정말로 다른 단계를 거치는 별들을 비교하려 합니다.

이러한 과정이 주계열성을 덜 인상적으로 보이게 하지는 않겠지만

이제 아기와 어른을 비교한다는 것이라고 생각하시면 좋을 것 같습니다.

다시 처음으로 돌아가보겠습니다.

존재하는 별 중에서 실제로 가장 작은 것은 적색왜성입니다.

질량은 목성의 약 100배이지만,

수소가 헬륨으로 겨우 융합될 정도로 크지 않습니다.

적색왜성은 그리 크지 않기 때문에

작고 뜨겁지 않으며 매우 희미하게 빛납니다.

주계열성 단계에서 커지지 않고,

죽더라도 약간 꺼지기만 하는 유일한 별이기도 합니다.

적색왜성은 우주에서 가장 흔한 유형의 별입니다.

왜냐하면 그들은 연료를 너무 느리게 소모하기 때문인데

우주의 현재 나이보다 천 배나 많은

10조년 동안 지속될 수 있습니다.

예를 들면, 지구에서 가장 가까운 적색왜성 중 하나인

바너드별은 망원경 없이는 보기 힘들만큼 어둡습니다.

더 알고싶으시다면 저희가 만든 관련 영상이 있으니 시청하시면 좋을 것 같습니다.

다음은 우리 태양과 같은 별들입니다.

태양이 태양계를 지배한다는 표현은 부족한데

태양이 태양계 전체 질량 중 약 99.86%를 차지하기 때문입니다.

태양은 적색왜성보다 훨씬 뜨겁고 밝게 타오릅니다.

이로 인해 수명은 약 100억년으로 줄어들게 되었습니다.

바너드별보다 7배 더 큰 태양의 크기는

태양이 300배나 밝고 2배나 높은 표면 온도를 갖게 합니다.

더 크게 가봅시다!

질량의 작은 변화는 주계열성의 밝기에 엄청난 변화를 일으킵니다.

밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 별인 시리우스는

2 태양질량에 태양의 1.7배에 달하는 반경을 가지고 있는데

표면 온도가 약 10,000℃에 육박하므로

태양보다 25배나 더 밝게 빛납니다.

태양이 시리우스와 같이 불타게 되면

수명은 4 분의 1로 줄어 25억년이 됩니다.

태양보다 질량이 10배 가까이 무거운 별들은

표면 온도가 25,000℃에 가깝습니다.

베타 센타우리에는 이런 거대한 별이 두 개 있는데,

각각 태양보다 약 2만 배 높은 힘으로 빛나고 있습니다.

태양보다 13배 무거운 질량에서 엄청난 힘이 나오고 있으나

약 2천만년 동안만 불타오를 것입니다.

푸른 빛을 띄며 빛나는 별들의 모든 세대들은

태양이 은하 궤도를 한 번 공전하는 시간 안에 죽을 겁니다.

그래서 이것이 공식일까요?

질량이 무거워질수록, 별은 더 커진다.

우리가 알고 있는 별 중에서 가장 무거운 별은 R136a1입니다.

315 태양질량에 태양보다 거의 900만배 밝은 별입니다.

그렇지만 그 엄청난 질량과 힘을 가지고 있음에도

태양보다 겨우 30배 큰 별입니다!

R136a1은 너무 극단적이라 중력으로 간신히 결합되어서

매 초마다 321조 톤의 물질들을 항성풍으로 잃습니다.

매 초마다요.

이런 별들은 항성이 형성되는 데 필요한 규칙을

조금 어겨야 하기 때문에 극히 드문 편입니다.

거대한 질량을 가진 별이 태어나면

극도로 뜨겁고 밝게 타오르는데

이것이 별을 더 크게 만들 수 있는 여분의 가스를 날려 보냅니다.

그래서 이러한 별의 질량은 태양의 150배 정도이죠.

R136a1같은 별들은 아마도 밀집된 항성 형성 지역에서

질량이 높은 몇몇 별들이 합쳐져 생겼을 것이고,

불과 몇백만 년 안에 중심부의 수소를 다 태우고 말겁니다.

이 말은 그들이 드물면서 짧게 산다는 것입니다.

지금부터 더욱 커지는 방법은

질량을 더 많이 더하는 것이 아닙니다.

가장 큰 별들을 만들기 위해선 별들을 죽여야 합니다.

적색 거성

주계열성은 중심핵의 수소가 고갈되기 시작하면

수축하여 더욱 뜨겁고 밀도가 높아지게 됩니다.

이러한 현상은 더 뜨겁고 빠른 융합으로 이어져

중력을 거슬러 뒤로 밀어내고,

거성이 되는 과정에서 바깥 층을 부풀게 합니다.

이렇게 거성 단계의 별들은 정말로 거대해집니다.

예를 들어, 가크룩스(감마 크루시스)가 있습니다.

질량은 태양보다 약 30% 무거운 수준이지만

반경은 태양의 약 84배까지 부풀어올랐습니다.

또한 태양도 삶의 마지막 단계에 들어서게 되면

현재 반경의 200배로 부풀어 올라서 더 커지겠지요!

마지막 삶에서의 태양은

내행성들을 집어삼킬 것입니다.

이 과정이 정말 인상적이라 생각하셨다면

우주에서 가장 큰 별을 소개해드리도록 하겠습니다.

극대거성

극대거성은 우주에서 가장 질량이 큰 별의 거성 단계입니다.

엄청난 양의 빛을 방출할 수 있는

거대한 표면적까지 갖추고 있습니다.

극대거성은 너무나 크기 때문에 표면의 중력이 약해

강력한 항성풍으로 쓸려 나가는 뜨거운 질량을 견디지 못하기에

근본적으로 자신을 날려 보내고 있습니다.

피스톨별의 질량은 25 태양질량이지만

반경은 태양의 약 300배입니다.

청색극대거성은 강렬한 푸른 빛을 따라 적절히 이름이 지어졌습니다.

피스톨별이 얼마나 오래 살지는 정확히 말하기 어려우나

아마 몇 백만년 정도 살거라고 추측됩니다.

청색극대거성보다 더 큰 별이 있는데

바로 황색극대거성입니다.

그 중에서 가장 활발히 연구된 것은 카시오페이아자리 로입니다.

지구와는 수천 광년 떨어져 있지만 육안으로도 볼 수 있을 만큼 밝습니다.

40 태양질량을 가진 이 별의 반경은 태양의 500배이고

태양보다 50만배 더 밝습니다.

태양만큼 지구가 카시오페이아자리 로와 가까웠다면

지구는 안으로 들어가고 당신은 죽게 되겠죠.

황색극대거성은 정말로 희귀한 별입니다.

15개만이 알려져 있죠.

황색극대거성이 극대거성이 되는 단계 중에서

더 커지거나 줄어듬으로써 오래가지 못하는 중간 단계일 가능성이 있다는 뜻입니다.

적색극대거성은 현재 우리에게 알려진 것들 중 가장 큰 별입니다.

아마 형성이 가능한 가장 큰 별일지도 모릅니다.

그래서 이 정신나간 대회의 승자가 누굴까요?

사실 저희도 모른답니다.

적색극대거성은 매우 밝고 멀리 떨어져 있어서

우리의 관측에서 조그마한 불확실성에서도

크기에 대한 오차가 엄청나게 커질 수 있기 때문입니다.

더 좋지 않은 건, 적색극대거성이 태양계만큼 거대한 별이라서

스스로를 날려 보내기 때문에

측정하는 것이 갈수록 어려워진다는 것입니다.

우리의 과학을 발전시키고 측정 기구가 더 발전한다면

가장 큰 별도 언제든지 바뀔 수 있습니다.

현재 지구에서 발견한 별 중 가장 큰 별이라 생각되는 것은

스티븐슨 2-18입니다.

질량이 태양의 수십 배에 달하는 주계열성이었을 거라 추측되는 이 별은

지금까지 약 절반 정도의 질량을 잃었을 거라 추측됩니다.

보통의 적색극대거성이 태양의 1500배인데 비해

스티븐슨 2-18은 최대 추정치가 2150 태양반경이고

태양보다 거의 50만 배 강한 빛을 방출한다고 합니다.

그에 비하면 태양은 정말로 먼지의 알갱이 수준 정도입니다.

우리의 뇌로서는 이런 종류의 규모를 파악할 길이 없습니다.

광속으로 한 바퀴를 돈다고 해도 8.7시간이 걸리고

지구 상에서 가장 빠른 비행기로 돌아도 500년이 걸립니다.

태양계 중심에다 떨어뜨리면 토성의 궤도까지 집어삼키게 될겁니다.

스티븐슨 2-18이 늙어감에 따라 더 많은 질량을 잃고

더 뜨거운 극대거성 단계로 수축하며

별에 중심부에 무거운 원소들을 축적하다

끝내 붕괴되어 초신성 폭발로 은하계에 가스를 돌려줄 겁니다.

이 가스는 계속해서 다양한 크기의 다음 세대의 별을 형성할 것이고

탄생과 죽음의 순환을 반복함으로써

우리의 우주를 밝게 비추어 줄것입니다.

이 여정을 한 번 더 가보겠습니다.

이번엔 말 없이 가봅시다.

우주는 거대합니다.

그 안에는 수없이 많은 거대한 것들이 존재하죠.

목성

바너드별

태양

시리우스 A

베타 센타우리 Aa/Ab

R136a1

가크룩스

피스톨별

카시오페이아자리 로

스티븐슨 2-18

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영상을 봐주셔서 감사합니다!

subtitles by Knowledgeat and Arabella