이중성(Double star)과 관계있는 별의 폭발도 있다

이중성(Double star)과 관계있는 별의 폭발도 있다. 우주에 있는모든 별의 절반 이상은 우리 태양처럼 홀로 존재하는 것이 아니라 이중성이나 다중성으로 이루어져 있다. 만약 우리 태양계 내 목성의 질량이 지금보다 100배 이상 되었다면 태양계에서 가장 큰 이 행성에서도 핵융합반응이 일어나 우리 태양계 역시 이중성으로 이루어기게되었을 것이다. 이 이중성 중에서 하나의 별은 백색왜성으로 생을 마감하는 반면 다른 하나는 적색거성이 된다. 이때 적색거성의 바깥층에 있는 물질들이 백색왜성으로 빨려들어 간다. 이 물질들이 결국 백색왜성의 표면에 쌓인다. 이렇게 되면 백색왜성의 질량도 점점 커진다. 결국 백색왜성은 폭발하고 완전히 붕괴된다. 이런 이중성에서 일어나는 폭발을 제1형 초신성이라고 부른다. 반면, 하나의 별이 죽으면서 일어나는 폭발은 제2형 초신성이다.

이 두 유형의 초신성은 우주에서 비슷하게 발생한다. 제1형 초신성의 경우와 비슷하게 발생할 수 있는 것이 백색왜성 대신에 하나의중성자별이 적색거성의 물질을 빨아들이는 경우다. 이런 폭발을 방사선 폭발이라고도 한다. 이 경우에는 온도가 제1형 초신성의 경우보다.현저히 높아서 광선은 높은 에너지의 방사선 형태로 퍼져나간다.

천문 현상이 기록된 이래로 우리 은하에서는 지금까지 여덟 번의초신성 폭발이 관측되었다. 가장 밝았던 초신성은 1054년, 1572년,1604년에 각각 나타났다. 이들 초신성 중 첫 번째 것은 제2형이고나머지 둘은 제1형이었다. 1054년에 나타났던 초신성은 밝기가 매우강해서 낮에도 관측되었다. 지금도 전문가들이 그곳을 바라보면 초신성 폭발의 잔해인 게성운을 볼 수 있다(그림 29). 게성운은 급속도로 팽창하는 가스구름으로 이루어져 있다. 우리 은하에서 초신성 폭발은 400년 전을 마지막으로 그 이후로는 없었다. 과거 수십 년 동안에 지구에서 가장 가까운 초신성은 1987년에 우리 은하의 동반은 하인 대마젤란성운에서 별 하나가 폭발할 때 생겼다.

매 100년마다 한 은하에서는 적어도 평균 두 개의 초신성이 생겨나야 한다. 우리 은하에서는 대부분의 초신성들이 팽창된 가스와 먼지구름으로 덮여 있어서 볼 수가 없다. 그렇지만 마지막 초신성 폭발 후 400년이라는 시간 간격은 무척 긴 편이다. 우리 은하에서 목격되는 초신성은 다른 은하의 초신성보다 아무래도 관측 결과가 더 좋기 때문에 천문학자들은 초신성의 출현을 학수고대하고 있다. 오늘날 매년 500여 개의 초신성이 발견되고 있지만 이들 모두는 우리 은하 밖 다른 은하에서 발견되는 것들이다.

먼 과거에 100억 년을 걸쳐 핵 연소 과정을 통해 별에서 생성된 원소들은 지구에서 생명을 유지하기 위한 중요한 근간을 이루고 있다. 우리가 살아갈 수 있는 것은 바로 별이 수십억 번 혹은 수백억번, 나아가 수천억 번을 태어나고 죽는 과정을 반복했기 때문이다. 지구가 탄생한 후 5억 년이 지나서 지구에는 원시 생명체가 등장했다. . 그러고 나서 다시 약 40억 년이 지난 후에 오늘날과 같은 복잡한 동물계와 식물계뿐만 아니라 인류의 기술문명도 탄생하게 되었다.

우주 전체에 개별 원소들이 평균적으로 얼마나 많이 있는지는 핵합성 모델의 도움으로 계산이 가능하고, 측정과 관찰을 통해서 실질적인 평균분포도 확인할 수 있다. 그러고 나서 우리의 핵 합성 모델이 현실과 얼마나 잘 일치하는지 보기 위해 측정한 값과 계산한 원소분포도를 서로 비교할 수 있다. 예를 들면 별 내부에서 생성된 산소, 탄소, 철이 많은 반면에 금과 백금은 비교적 드물게 있다는 것이 설명될 수 있다. 실제로 보석가게의 금반지가 철물검의 못보다씬 비싸다. 아무튼 계산 결과는 실제로 측정한 결과와 수 퍼센트 주은 어떤 경우는 1퍼센트도 틀리지 않는 정확도로 일치했다. 놀라운성과다. 이것은 원소의 생성을 설명하는 핵 합성 모델이 옳다는 것을보여준다.

별 내부에서 일어나는 핵 합성의 전체 과정을 규명하는 연구는별 속의 탄소가 생성되는 과정을 밝히기도 했던 프레드 호일과 윌리 파울러 두 학자에 의해서 주로 이루어졌다. 이 연구 기간에는 여러 번의 수정과 보충작업이 필요했다. 이 연구를 주도한 이는 호일이었고 파울러는 실험을 담당했으며 버비지 부부(Margaret Burbidge,1919~ , Geoffrey Burbidge, 1925~ )는 이 연구의 보충 작업에 동참했다. 결국 1957년 이 네 명의 학자는 항성에서의 원소합성」이라는 104쪽짜리 논문을 발표했다. 그들은 이 논문을 통해서 탄소에서부터 우라늄에 이르는 모든 원소의 생성과 빈도를 규명하는 데 성공했다. 이 논문은 워낙 유명해서 이 논문의 공저자들(Burbidge 부부,Fowler, Hoyle)의 이름 첫 글자를 따서 BFH라는 약칭을 갖기도 했다. 이 논문은 20세기의 기념비적 업적임에 틀림없다.

이들 과학자들 중에서 윌리 파울러는 후에 우주에서 화학원소의형성에 중요한 역할을 하는 핵반응에 관한 이론과 실험'의 업적이 인정되어 노벨물리학상을 수상했다. 하지만 정작 프레드 호일이 수상하지 못한 것은 노벨상 역사에서 가장 공정치 못한 처사 중 하나였다.호일의 업적이 윌리 파울러보다 더 높이 인정되지는 못하더라도 그의 업적은 적어도 파울러의 업적과 동등한 것이었으며 노벨상은 그에게도 돌아갔어야 했다. 나는 1983년 노벨물리학상 발표가 보도되던 그날을 뚜렷하게 기억하고 있다. 그 소식이 처음에는 놀랍고 충격적이었지만 나중에는 불공정한 수상에 분노감마저 느꼈다.

노벨상 발표가 있은 후에 노벨상 위원회가 왜 호일을 수상자 명단에서 누락시켰는지에 대한 이유를 두고 많은 추측이 오갔다. 그 이유들 중 하나는 1974년 고속으로 회전하는 중성자별인 펄서발견에 기여한 공로로 그해 노벨물리학상이 수여되었을 때 호일이 노벨상 위원회를 공개적으로 거침없이 비난했던 일 때문이라는 것이다.호일은 그 당시 이 발견에 결정적인 역할을 한 젊은 천체물리학자 조슬린 벨(Jocelyn Bell, 1943~ )에게는 노벨상이 주어지지 않고 그녀의스승인 앤터니 휴이시(Antony Hewish, 1924~ )에게만 노벨상이 수여되었다고 비난했다.

하지만 아이러니하게도 호일 역시 훗날 같은 운명을 맞이하게 된다. 이는 세계에서 가장 권위 있는 노벨상 위원회의 독선과 무지를 엿볼 수 있는 씁쓸한 대목이기도 하다. 그렇지만 호일은 그가 보여주었던 정직함, 고결함, 열정, 그리고 특히 그가 이룩한 훌륭한 학문적 업적 때문에 나뿐만 아니라 전 세대를 거쳐 수많은 천체물리학자와 우주학자들에게 위대한 스승으로 남아 있다.