태양 같은 별의 일생

약 50억 년 뒤 태양은 수성과 금성을 삼킬 만큼 큰 적색 거성으로 부풀 것입니다.

차가운 구름에서 태어납니다

별은 차가운 가스와 먼지가 넓게 퍼져 있는 분자 구름에서 태어납니다. NASA에 따르면 분자 구름 하나에는 태양 질량의 1,000배에서 1,000만 배에 이르는 물질이 들어 있고, 그 크기는 수백 광년에 이르기도 합니다. 가스가 차갑기 때문에 군데군데 덩어리가 집니다. 어떤 덩어리는 서로 부딪히거나 둘레의 물질을 더 모으면서 중력이 점점 커지고, 끝내는 스스로 무너져 내립니다. 덩어리가 줄어들면 뜨거워지고 더 빠르게 돌기 시작하며, 남은 가스는 납작한 원반 모양으로 펼쳐집니다. 이렇게 뜨겁게 수축하는 중심을 원시별이라고 부릅니다. 이 단계에서 원시별의 에너지는 핵융합이 아니라 수축 자체에서 나옵니다. 태양도 약 46억 년 전에 이렇게 생겨났고, 태양 둘레의 원반이 나중에 행성들이 되었습니다.

중심의 온도가 수백만 도에 이르면 수소 핵융합이 켜집니다. 그러면 바깥으로 밀어내는 에너지가 수축을 멈춰 세웁니다. 이제 별은 주계열에 들어선 것이고, 이것은 별의 일생에서 가장 긴 단계입니다. 이 단계가 얼마나 빨리 지나가는지는 질량이 정합니다. NASA의 설명에 따르면 무거운 별일수록 제 무게를 버티기 위해 연료를 더 빨리 태워야 합니다. 그래서 무거운 별은 더 밝게 빛나고 더 일찍 죽습니다. 반대로 가벼운 별은 더 오래, 더 어둡고 더 차갑게 탑니다. 태양의 주계열 수명은 모두 합쳐 약 100억 년이고, 지금 태양은 그 절반에 조금 못 미친 지점에 와 있습니다.

수소가 바닥날 때

중심의 수소가 바닥나면 그곳의 핵융합이 멈추고, 한동안은 중력이 이기게 됩니다. 중심은 줄어들면서 점점 뜨거워지고, 중심을 둘러싼 껍질에서 수소가 융합되기 시작합니다. 이렇게 늘어난 에너지 때문에 별의 바깥층은 엄청나게 부풀어 오르고 식어서, 별은 적색 거성이 됩니다. NASA는 적색 거성이 실제로는 빨강보다 주황에 가깝게 보인다고 덧붙입니다. 태양은 약 50억 년 뒤에 이 단계에 들어섭니다. NASA에 따르면 적색 거성이 된 태양은 아주 커져서 수성과 금성을 삼키고, 어쩌면 지구까지 삼킬 수도 있습니다. 너비가 태양 약 25개만 한 아르크투루스가 오늘날 이 단계의 별이 어떤 모습인지 보여 줍니다.

적색 거성은 점점 불안정해져서 맥동하기 시작합니다. 부풀었다가 줄었다가 하면서 대기의 일부를 우주로 날려 보냅니다. 끝내는 바깥층이 모두 떨어져 나가 빛나며 퍼져 가는 껍질이 되는데, 이것을 행성상 성운이라고 부릅니다. 이 이름은 작은 망원경으로 보던 시절에 붙었습니다. 그런 망원경으로 보면 둥근 껍질이 조금 행성처럼 보였기 때문입니다. 하지만 행성상 성운은 행성과는 아무 관계가 없습니다. NASA가 예로 드는 것은 물병자리 방향으로 650광년 떨어진 헬릭스 성운(NGC 7293)입니다. 성운 한가운데에는 별의 중심핵이 드러난 채 남습니다.

백색 왜성

그렇게 남은 중심핵이 백색 왜성입니다. NASA의 표현을 빌리면 백색 왜성은 대개 지구만 한 크기이지만, 질량은 지구보다 수십만 배나 큽니다. 백색 왜성은 새로 열을 만들지 않습니다. 그래서 수십억 년에 걸쳐 천천히 식어 가고, 그동안 빛의 색도 푸른 흰색에서 붉은색까지 차례로 바뀝니다. 가까이에 있는 예가 시리우스 B입니다. 모형에서 같은 비율로 백색 왜성 옆에 놓아 둔 지구를 보면, 지구가 조금 더 큽니다. 태양 질량의 약 8배보다 가벼운 별은 모두 이렇게 생을 마칩니다. 그리고 대부분의 별이 여기에 해당합니다.