초신성 폭발

하늘에서 일어나는 일들은 대부분 신비스럽지만 그 중에서도 태양같은 별이 생명을 다하여 죽는 모습이나 새로 태어나는 별의 모습은 장엄의 극치다. 운명 할 때는 대개 대폭발하며 온도는 수천 만도까지 올라가고 빛의 밝기는 태양빛의 5천7백 억 배나 밝다. 이를 초신성 폭발이라 하며 은하계 안에 있는 1천억 개의 별이 밝히는 빛을 전부 합친 것보다 더 밝다. 이는 마치 태양빛이 반디불이라면 초신성의 밝기는 먼 바다를 비춰주는 등대불이라고 할 수 있다. 등대불은 육지나 항구의 위치를 알려 주기도 하지만 불빛의 밝기로 거리도 알린다. 즉 등대가 밝으면 배는 가깝게 있고 흐리게 보이면 멀리 떨어져 있다는 뜻이다. 신기하게도 초신성 폭발 때 빛의 밝기는 언제나 일정해  멀리있는 은하수들의 거리를 측정할 수 있다. 이를 표준촉광(Standard Candle)이라 부른다. 약 1억광년 이내는 별빛의 밝기로 거리 측정이 가능하지만 거리가 1억 광년을 넘으면 초대형 망원경이라도 은하계 별들을 하나하나  볼 수가 없어 거리측정이 불가능했다.  하지만 다행이 1억광년 이상 거리라 해도 은하계에서 발생하는 초신성폭발의 밝기로 그 은하계의 거리 측정이 가능해 졌다.

초신성폭발은 자주 일어나지 않는다. 1천억 개의 별을 가진 은하계에서 이런 폭발은 약 50년에 한 번 정도 발생한다. 인간이 관찰할 수 있는 130억 광년 거리 안에는 1천억 개 이상의 은하계가 있어서 우주 전체를 보면 초신성폭발은 매초마다 발생한다. 이를 수십년간 관찰한 천문학자 아담 리스Adam Reiss 교수는 우주팽창의 속도가 점점 더 빠르게 가속되고 있다는 사실을 발견하여 2011년 노벨물리학상을 받았다. 이는 138억 년 전 빅뱅의 힘에 의하여 우주팽창이 진행되고있다는 이론을 전면 부인한 것이다. 그러면 어떤 힘이 이 거대한 우주를 밀어내고 있을까?

아직 정확하지는 않지만 전우주를 밀어내는 엄청난 힘을 가진 물질이 우주 안에 있다고 판단된다. 그러나 이 물질은 인간 눈에 보이지도 않으면서 모든 빛을 통과 시킨다. 과학자들은 이를 검은에너지(Dark Energy)라 부른다. 이것은 마치 마음과 같이 분명히 존재하는 실체지만 보이지 않는다.

과학은 어디서 오는지 진원지를 알 수 없는 우주선(Cosmos Ray)을 분석한 결과 우주직경이  930억 광년이 된다고 결론 지었다. 따라서  현재 우리가 볼 수 있는 130억 광년은 전우주의 일부에 불과하다. 지금 세계는 최대로 큰 광학망원경과 전자망원경을 제작중이다.  그중 하나가 마젤란( giant Magellan Telescope)으로 6년 후, 2025년 완공되면 최대거리  150광년까지, 즉 20광년 거리를 더 볼 수 있다. 이것이 완성되면 138억년 전에 있었던 빅뱅을 볼 수 있을 것이므로 많은 기대가 된다.

단, 우주중심으로 가까이 갈수록 별의 사망으로 인한 초신성폭발은 없다. 왜냐하면 별의 수명이 100억년정도 되기 때문에 빅뱅 때 태어난 별들은 그후100억년 동안 폭발하지 않았기 때문이다. 하지만 새롭게 태어나는 초신성도 밝아 이것의 밝기로도 거리측정이 가능하다. 현재 사용하는 방법으로 930억광년까지 보려면 달만한 크기의 망원경이 필요한데 150광년까지만이라도 볼 수 있다면 그 속에서 가장 중요한 우주탄생의 빅뱅을 보게 됨으로 인간은 그것으로 만족해야 할 것 같다. 왜냐하면 현실적으로 더 큰 망원경 제작에 한계가 있고 빅뱅 넘어 반대편을 보았자 이쪽의 우주와 크게 다르지 않기 때문이다.  질량이 작은 별은 초신성 폭발후 산소와 탄소로만 구성된 지구만한 작은 별로 남는다. 이를 백색외성(White Dwarf Star)이라 부르며 실제로 은하계에서 많이 발견된다. 질량이 큰 별들은 폭발 후 블랙홀로 변신하여 감쪽같이 사라지기도 한다.

▲ 마제란 천제망원경 조감도 (빛을 한 곳으로 모이는 7개의 거울이 특징이다.)

이처럼 우주에서 지워져 버려지는 곳을 블랙홀이라 부른다. 과학은 블랙홀 정체에 관해 아는 것이 거의 없다. 폭발후 다시 빛을 내며 살아남은 별들을 제2세대 별이라 부른다.  신성폭발후 다시 태어난 별인지 어떻게 알 수 있을까? 폭발 온도가 수천만도까지 치솟을 때 이러한 고열에서 새로 생성되는 원소가 바로 니켈, 구리, 코발트, 우라늄이다.  바로 지구에 그러한 원소가 존재하는 것으로 보아 태양은 한차례 초신성폭발을 겪고 다시 태어난 제2세대 별로 추정된다. 별의 평균수명 100억 년과 인간수명을 비교하면 인생은 한순간에 지나지 않는다. 우리는 우주에서 탄생하는 별부터 그들의 운명 후까지도 관찰이 가능하기 때문이 이들을 연관시켜 별의 일생을 알 수 있는 것이다.