성간물질, 가스와 먼지

 우주의 탄생부터 현재까지 그 역사를 이해하는 데에 필수요소인 성간물질(성간매질)은 행성이 생성되고 소멸하는 과정에서 절대 빼놓을 수 없는 온 우주를 채우고 있는 물질입니다.

성간물질

성간물질이란 무엇인가?

 별이 태어나고 소멸하는 모든 순간에 함께하는 성간물질은 수소, 헬륨 같은 원소와 먼지들로 구성되어 행성 같은 별들의 운동을 제어하며 은하의 생애에 영향을 끼치기도 합니다. 성간물질에 속하는 먼지는 산화물과 탄소, 실리콘 같은 매우 작은 입자의 우주진이며 가스에 비해 양이 매우 적은 편에 속합니다. 이외에도 전자기파, 자기장 등도 성간물질을 구성하는 요소에 속하며 단지 물질로서만 존재하는 것이 아니라 에너지 형태로 나타나기도 합니다. 우리의 태양처럼 스스로 핵융합을 하며 빛을 내는 항성들은 이 성간물질의 온도가 낮은 영역에 속하는 곳에서 생성됩니다. 천문학과 천체물리학에서 여러 구성 요소들에 중요한 역할을 하는 성간물질은 우주의 현상을 이해하는데 꼭 필요한 요소라고 할 수 있겠습니다.

 

성간물질의 종류

 성간물질은 위의 내용처럼 가스 형태의 수소와 헬륨, 금속과 크기가 0.1 마이크로미터 이하의 먼지로 구성되는데 성간 기체에 해당하는 수소의 비율이 거의 대부분이며 헬륨이 그다음 그리고 아주 미량의 금속이 포함됩니다. 수소의 비율이 높기 때문에 특정 성간기체를 관측할 때 이 점을 이용하기도 합니다. 성간진이라고 부르는 먼지의 경우 소량이기는 하지만 관측 시에 감광효과나 소광효과가 나타나 밀도가 높은 영역에서의 관측을 방해하기도 합니다. 이러한 특성으로 인해 항성 사이의 빛을 방해해 천체들의 스펙트럼과 광도에 영향을 주게 됩니다. 이 먼지들의 밀도가 높은 곳은 우리가 성운이라고 부릅니다. 암흑성운이라고도 하는 이 구름은 태양계가 속해있는 우리 은하에도 상당히 많은 양이 존재하며 주로 은하의 나선팔 부분에서 많이 있을 것으로 추측하고 있습니다. 유사한 종류로는 수소 분자로 구성된 분자운, 어둡게 보이는 규산염 구름인 보크구상체, 분자 구름이 뭉쳐진 원시별 등이 있습니다. 이들 중 빛을 흡수하는 먼지들이 뭉치게 되면 검게 보이게 되고 반대로 빛을 산란시켜 빛나기도 합니다. 먼지가 빛을 흡수 및 산란하는 성질 때문에 가시광을 사용하는 관측방법의 사용이 불가능합니다. 대표적인 예로는 말머리성운과 수리 성운인데 유명 우주 망원경에 의해 촬영된 사진이 대중에게 많이 알려져 있습니다. 물론 편의성을 위해 실제 색상과는 다르게 보정을 거치기는 했지만 디테일한 형태는 유사하다고 합니다. 

 

초신성잔해

 행성의 생애 중 소멸 단계에 해당하는 초신성은 핵융합 에너지원을 다 소모한 행성이 백색왜성으로 변화하고 어느 지점에 다다르게 되면서 폭발하게 됩니다. 이 과정에서 플라스마가 방출되고 이동 속도가 매우 빠르기 때문에 충격파가 동반되며 행성 탄생에 구성 요소로 쓰였던 성간물질의 전체나 일부가 다시 우주로 방출되어 흩어집니다. 이렇게 다시 흩어진 성간물질은 주변에 있던 잔해와 결합하기도 하며 생성된 에너지는 고에너지 입자와 방사선을 지칭하는 우주방사선에 영향을 주어 가속을 촉발하기도 합니다. 이 초신성잔해의 유형은 세 가지로 나뉘는데 껍질형과 혼합형, 합성형이 있습니다. 다시 방출된 성간물질들은 최종적으로 새로운 별의 탄생에 기여하게 됩니다. 지금까지 관측된 초신성잔해는 백조자리 고리, 페르세우스자리 GK, 고물자리 A, G299, SN 185, SN 1054, SN 1987A, SNR 0519-69.0, 나침반자리 T, SN 1604, 카시오페이아자리 A의 SN 1680, 튀코의 초신성의 SN 1572, SN 1006, 대마젤란운의 N49 등이 있습니다. 이 초신성잔해의 사진들은 웹상에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 

항성풍

 항성풍은 태양과 같은 항성들이 핵융합의 결과로 방출되는 에너지들이 원자 또는 분자 상태의 이온화 과정을 거쳐 항성의 대기를 통해 항성 밖으로 나오게 되는 것입니다. 항성의 자기장과 표면 온도 변화로부터 시작되는데 온도의 변화는 항성 중심부에서 수소와 헬륨을 원료로 핵융합 반응이 일어나는 과정과 연관이 있습니다. 항성이 진화하면서 주계열성이나 왜성단계를 마치면 이 항성풍이 발생되기 시작하는데 플라스마 대기인 코로나로부터 에너지를 받아 우주로 뻗어나가게 됩니다. 이러한 항성풍은 항성의 종류나 구성 요소, 크기에 따라 다양한 양상을 띠게 되는데 주계열성 단계의 항성풍은 영향이 미미하지만 위의 단계를 지난 항성이 결국 소멸하게 된다면 원래 항성을 탄생시키는데 기여했던 성간물질들이 다시 우주로 돌아가게 됩니다. 태양에서 발생하는 항성풍은 태양풍이라는 명칭으로 부르는데 태양계 내의 행성들 중에서 자체적으로 자기장을 갖고 있는 행성은 자기장으로 인해 태양풍의 피해를 줄일 수 있습니다. 태양풍은 태양 표면의 흑점과 관련이 있는데 주변부에 비해 온도가 낮아 검게 보이기 때문에 흑점이라고 부릅니다. 이 흑점들이 증가하면 태양의 폭발이 증가하면서 태양풍의 방출 빈도 역시 늘어나는 추세를 보입니다. 태양풍으로 인해 발생할 수 있는 피해로는 전력망 송신 피해, 궤도권에 있는 인공위성의 손상 및 기기 고장, 전파 두절, 항공 운항 이상 초래 등 말 그대로 넓고 다양합니다. 이러한 손실과 피해에 대비하기 위해 미국에서는 태양풍 감시 위성을 사용해 이 우주전파재난에 대응하는 노력을 하고 있습니다. 지속적으로 태양풍이 방출되고 있으므로 이러한 경보 체계를 활용하여 범지구적으로 경제적 손실을 방지하기 위해 각 국가 간의 협력도 이어지고 있습니다.