항성의 정의와 특성, 구조, 종류

 

1. 항성의 정의와 특성

항성의 정의는 막대한 양의 플라스마가 자체 중력에 의해 결합고 뭉쳐져서 거대하고 빛나는 원형의 천체를 말합니다. 우리가 쉽게 통상적으로 별이라고 부릅니다. 항성은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 소량의 무거운 원소가 포함되어 있습니다. 수소 원자가 함께 융합되어 헬륨을 형성하는 핵융합 반응을 거치면 빛과 열을 방출하는데, 그 과정에서 많은 양의 에너지를 방출하게 됩니다. 이 에너지는 마치 우주에 동력을 공급하는 엔진 역할을 합니다. 우리가 사는 지구에서 가장 가까운 항성은 태양이여, 태양은 지구상의 에너지 대부분을 공급하고 있습니다. 

항성은 수소 및 헬륨, 기타 중원소로 이루어진 성간 구름이 붕괴하면서 탄생하고 모양과 크기가 다양하며, 그 특성은 질량, 온도, 나이에 따라 결정됩니다. 항성의 특성은 온도와 광도에서 수명에 이르기까지 항성의 모든 것을 결정하는 질량에 있습니다. 광도는 초당 항성이 방출하는 총에너지의 양이며, 온도는 항성의 색상과 방출하는 복사 유형을 결정합니다. 반지름과 질량은 또한 항성의 중력의 세기를 결정하는 데 영향을 미칩니다. 보통 항성이 탄생하여 안정된 크기와 온도에 도달하면 주계열이라는 단계에 접어드는데 이때 핵에서 수소와 헬륨을 연료로 태워 빛과 열의 형태로 바꿔 에너지로 방출합니다. 이 주계열 단계의 지속 시간은 항성의 질량에 따라 달라지며, 큰 항성일수록 연료를 빨리 소모하여 그만큼 더 수명이 짧습니다.  

 

 

 

2. 항성의 구조

일반적으로 항성의 구조는 핵, 복사 영역, 대류 영역, 광구, 채층 및 코로나로 나누어 층으로 구성되어 있습니다.

먼저 항성의 핵은 항성의 가장 안쪽 층으로 수소와 헬륨이 빛과 열의 형태로 변환되어 에너지를 방출하는 핵융합이 일어나는 곳입니다. 항성의 심장과도 같은 부분입니다.

복사 영역은 항성의 핵을 둘러싸고 있는 층입니다. 핵에서 핵융합 작용에 의해 생성된 에너지가 복사열 전달로 외부로 운반되며, 그 흐름이 효율적으로 유지되는 곳입니다. 이러한 복사열은 주변 입자에 의해 흡수 및 재방출되어 천천히 다음 층인 대류 영역으로 이동합니다.

대류 영역은 핵융합으로 생성된 열이 물질의 운동에 의해 외부로 운반되는 곳입니다. 주계열 항성에서 질량에 따라 그 생성 장소가 결정됩니다. 태양을 기준으로 태양보다 몇 배 무거운 항성은 항성 내부 깊은 곳에 대류층이 형성되며, 바깥쪽에 복사층이 둘러싸고 있습니다. 이와 반대로 태양과 같이 상대적으로 질량이 작은 항성은 복사층이 깊은 곳에 존재하며, 대류층이 바깥쪽을 싸고 있습니다. 

광구는 항성의 눈에 보이는 표면이며 빛이 방출되는 곳입니다. 온도가 약 5,500K까지 떨어지는 층으로, 항성에 고유한 색상과 모양을 만들어 주는 곳입니다.

채층은 광구 위의 얇은 층으로 온도가 다시 상승하기 시작하는 구간입니다. 붉은색을 띠는 게 특징이며, 플레어와 홍염을 만들어내는 곳이기도 합니다. 

마지막으로 코로나 층입니다. 코로나는 별의 가장 바깥층이며, 매우 뜨겁고 희박한 가스로 구성되어 있습니다. 극도로 뜨겁게 가열된 플라스마가 수백만 킬로미터까지 퍼져 있는 영역으로 항성 내부의 대류층 때문에 존재하는 것으로 추정됩니다. 

 

 

 

3. 항성의 종류

항성의 종류는 크게 갈색 왜성, 적색 왜성, 황색 왜성, 청색 거성, 적색 거성, 초거성으로 나눌 수 있습니다.

갈색 왜성은 목성과 같은 거대 가스 행성보다 크지만, 항성보다는 작은 물체입니다. 일반항성 탄생과 같이 형성되지만, 핵융합을 발화시키기에 충분한 질량을 가지고 있지 않아서 항성이 되지 못한 물체입니다. 그러나 갈색 왜성은 항성 형성 과정에서 남은 잔여 열에 의해 열과 빛을 생성합니다.

적색 왜성은 우주에서 가장 흔한 유형의 항성입니다. 표면 온도는 일반 항성에 비해 낮고 크기 또한 작습니다.

우리은하의 모든 항성의 약 70%를 구성하고 있으며, 작은 크기지만 수명이 길어 일부는 100억 년 이상 된 것도 존재한다고 추정됩니다. 적색 왜성은 낮은 온도와 작은 크기에도 불구하고 우리 태양에서 발생하는 가장 큰 플레어보다 10배 정도 더 강한 플레어를 방출할 수 있습니다.

황색 왜성은 크기와 온도가 우리 태양과 비슷한 항성입니다. 수명은 약 100억 년 정도이며, G형 별로 분류하고 G형 주계열이라고도 불립니다. 황색 왜성은 중심부에 핵융합으로 에너지를 생성하고 크기, 온도, 밝기가 비교적 안정적이어서 주위 행성에 생명체가 살 수 있는 조건을 만들 수도 있습니다.

청색 거성은 우리 태양 질량의 10배에서 50배에 달하는 매우 무거운 항성입니다. 주계열인 항성들과 비교할 때 크기와 광도가 크며, 그만큼 소비되는 에너지가 크므로 수명은 수백만 년에 불과합니다.

초거성은 크기가 우리 태양 질량의 10배에서 70배에 달하는 매우 무거운 항성입니다. 우리 태양보다 백만 배 이상의 큰 에너지 출력을 하며 매우 밝습니다. 수명은 수백만 년에 불과하고, 거대한 크기 때문에 연료를 매우 빠르게 소모하고 결국 초신성으로 폭발합니다. 폭발 후 별의 잔해는 중성자별이나 블랙홀로 형성될 수 있습니다.