우주의 초신성은 별이 폭발하면서 방출하는 광량이 극도로 높은 현상을 말합니다. 초신성은 그 밝기가 한 개 은하 전체에 필적하며, 폭발의 결과로 별의 대부분 또는 전체를 토해냅니다. 이때 그 속도는 광속의 10%에 이르며, 주위 성간 매질에 충격파를 일으킵니다. 이 충격파가 휩쓸고 간 자리에는 팽창하는 가스와 먼지의 껍질이 남게 되고, 이것을 초신성 잔해라고 부릅니다.
초신성은 우주의 구성 요소와 우리가 존재하는 이유를 밝혀줍니다. 초신성은 우주의 형성과 진화에 대한 연구에 큰 도움을 줍니다. 초신성은 우주의 거대한 규모와 복잡성을 이해하는 데에 도움을 줍니다.
초신성의 발생 원인
초신성이 생성될 수 있는 방법은 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 죽은 별에 갑작스러운 핵융합 재점화가 일어나는 경우이고, 두 번째는 거대한 별의 중심핵이 붕괴하는 경우입니다.
첫 번째 경우는 백색 왜성이라고 부르는 별의 시체가 동반성으로부터 물질을 빼앗아 갈 때 발생합니다. 빼앗은 물질이 충분히 누적되면 백색 왜성의 중심핵 온도가 상승하여 탄소발화가 일어납니다. 그리하여 탄소 핵융합에 불이 붙으면 열폭주가 일어나 별을 완전히 파열시키게 됩니다. 이러한 현상을 1a형 초신성이라고 합니다.
두 번째 경우는 질량이 거대한 별의 중심핵이 갑작스런 중력 붕괴를 일으키는 경우입니다. 별의 중심핵은 수소, 헬륨, 탄소, 산소, 실리콘 등의 원소들이 핵융합을 통해 철로 변하면서 에너지를 방출합니다. 그러나 철은 핵융합을 통해 더 이상 에너지를 방출할 수 없는 원소입니다. 따라서 별의 중심핵은 철로 가득 차게 되고, 이때 중력과 방사압이 균형을 이루게 됩니다. 그러나 별의 중심핵의 질량이 체더 성 한계라고 부르는 한계치를 넘어가면, 중력이 방사압을 압도하게 되고, 중심핵은 급격하게 붕괴하게 됩니다. 이때 중력 위치 에너지가 방출되면서 거대한 폭발이 일어나고, 이것을 2형 초신성이라고 합니다.
초신성의 역할
초신성은 우주의 구성과 진화에 매우 중요한 역할을 합니다. 초신성은 성간 매질에 질량이 큰 원소의 양을 늘리는 데 결정적인 역할을 합니다. 별의 내부에서는 수소와 헬륨 이외의 원소들이 핵융합을 통해 생성됩니다. 그러나 철보다 무거운 원소들은 별의 내부에서 생성될 수 없습니다. 이러한 원소들은 초신성 폭발로 인해 핵합성이 일어나거나, 폭발의 충격파로 인해 핵분열이 일어나면서 생성됩니다. 이렇게 생성된 원소들은 성간 매질에 퍼져나가고, 새로운 별이나 행성의 재료가 됩니다. 우리가 살고 있는 지구나 우리 몸에 있는 원소들도 대부분 초신성에서 만들어진 것입니다.
뿐만 아니라, 초신성 폭발로 인한 충격파는 새로운 별의 형성의 방아쇠 역할을 합니다. 성간 매질은 가스와 먼지로 이루어진 희박한 구름입니다. 이 구름은 중력의 영향을 받아 서서히 응집되고, 일정한 밀도와 온도에 이르면 핵융합 반응이 시작되어 별이 태어납니다. 그러나 성간 매질은 너무 희박하거나 불균형하게 분포되어 있어 별의 형성이 쉽지 않은 경우가 많습니다. 이때 초신성의 충격파가 성간 매질에 부딪히면, 성간 매질의 밀도와 온도가 증가하고, 구름이 압축되어 별의 형성이 촉진됩니다. 이렇게 초신성의 영향을 받아 탄생한 별들을 초신성 유발성형 (supernova-induced star formation)이라고 부릅니다.
마치며
이상으로 우주의 초신성과 그 역할에 대해 알아보았습니다. 초신성은 별이 폭발하면서 방출하는 광량이 극도로 높은 현상으로, 우주의 구성 요소와 우리가 존재하는 이유를 밝혀줍니다. 초신성은 성간 매질에 질량이 큰 원소의 양을 늘리는 데 결정적인 역할을 하고, 새로운 별의 형성의 방아쇠 역할을 합니다. 초신성은 우주의 형성과 진화에 대한 연구에 큰 도움을 주고, 우주의 거대한 규모와 복잡성을 이해하는 데에 도움을 줍니다.