항성

태양은 크기가 약 138만KM인 수소, 헬륨의 가스덩어리다.

뭔 수소 헬륨 모여져 있기만 한데 존나 불나고 그러냐면

무겁다보니까 중심부가 압력이 쌔지고,

압력이 쌔진다는거는 모여있는 기체들이 시간당 서로 충돌하는 횟수가 늘어나 마찰열이 커지니까

중심부가 초고온상태가 된다.

핵융합을 일으키려면 막대한 양의 온도와 압력이 필요한데,

태양은 그 조건을 충족시켜서 핵융합을 일으켰다고 할 수 있다.

핵융합을 하면 다들 알다시피 수소 4개가 헬륨으로 바뀐다.

순서가 복잡하다면 쉽게 저렇게만 알아둬도 된다.

잠깐, 헬륨 원자는 양성자 2개, 중성자 2개, 전자 2개이고 수소는 양성자 1개, 전자 1개인데

중성자는 갑자기 어디서 생겨났지? 하는 궁금증이 생긴다.

물질이 강한 압력과 높은 온도 상태에서 전자가 양성자랑 합쳐지면 중성자가 된다

이렇게 핵융합이 되면 미량의 질량결손이 일어난다.

수소의 원자량은 1.00794 g/mol

4개 곱하면 4.03176

근데 헬륨의 원자량은 4.002602 g/mol

핵융합시 4.002602 - 4.03176 = 0.029158 정도의 질량이 결손된다.

수소 4개가 헬륨 1개보다 무거운데 바뀌고 난 다음에 결손된 질량은 에너지 형태로 퍼진다.

태양 정도 크기의 행성이라면 수소를 다 쓰면 아마 헬륨으로 핵융합을 시작해 헬륨으로 탄소나 산소를 만들어 낸다.

좀 더 무거운 별이라면 탄소, 산소로 핵융합을 시작해 철을 생산해낸다.

핵융합의 최종 물질은 철(Fe)이다.

철보다 양성자 수가 많은 물질을 핵융합하려면 이때부터 오히려 에너지가 더 필요하게 된다.

모든 물질은 불안정해서 에너지를 내놓고 안정한 물질로 바뀌려고 하는데

특정한 물질의 질량이 반으로 나뉘게 되는 시간을 하프 라이프(반감기)라고 한다.

모든 물질은 고유의 반감기를 가지고 있는데

최후의 종착물질은 철이다.

화학적으론 존나게 산화 잘되서 개병신 물질 같지만 철은 영원에 가까운 수명을 지녔다.

반감기가 10^1500년이나 된다.

우주가 멸망해도 철은 저 시간까지 살아있다.

그래서 철보다 무거운 물질중 하나인 우라늄은 오히려 핵분열을 하면 에너지가 튀어나오게 된다.

잠깐, 그럼 항성이 핵융합하면서 최고 무거운 물질은 철밖에 못 만드는데

철 이상의 원자량을 가진 중원소는 어떻게 만들어지나?

잠깐, 이게 아닌데...

그렇다. 초신성 폭발이다.

태양보다 더 무거운 항성의 경우 초신성 폭발을 일으키는데

이때 막대한 양의 에너지가 뿜어나온다.

이 과정에서 철보다 무거운 중원소들이 저 에너지를 처먹고 중원소가 되는것이다.

철 이상의 원자량을 가진 물질은 모두 저 초신성의 잔해에서 나왔던 것이다!

태양은 초당 약 5억 5300만 톤의 수소가 핵융합되고 있으며

질량결손으로 인해 초당 400만톤씩 가벼워지고 있다.

핵융합 속도는 별의 질량에 3제곱으로 비례한다.

무거운 별은 연료를 빨리 소모하고, 작은 별은 천천히 소모한다.

피스톨 별.

태양보다 100배 이상 무겁고 밝기는 태양의 170만배다.

태양이 1년동안 생산하는 에너지를 20초만에 방출해버리는 새끼다.

태양 수명이 약 123억년인데 비해 이새끼는 수명이 300만년밖에 안된다.

역시 태양보다 무게가 100배 이상인 돼지새끼라서 그런지 성인병으로 존나 빨리 뒤진다.

대신, 태양보다 가벼운 별도 존재하는데 이런 별들은 많게는 10조년이 넘는 수명을 가지고 있다.

언젠간 태양도 결국 적색 거성이 되고 핵융합이 끝나면 늙어뒤질 것이다.

그런데 왜 가벼워지는데 크기는 점점 더 커지는 것일까?

그것은 중력이 약해지니 자신을 지탱하는 힘이 약해져서 부풀어 오르게 되는 것이고,

중심부가 수소보다 무거운 헬륨으로 바뀌기 때문에 핵융합이 일어나는 중심부의 압력이 더욱 쌔져서

결과적으로 더 빛나게 된다.

막판 스퍼트를 내는 것이다.

베텔게우스. 겨울철 별자리인 오리온자리의 항성. 태양지름의 약 800배정도 큼

수십억 년이 지나면 우리의 태양찡도 베텔게우스 같이 지름이 수백배 이상 늘어날 것이고

수성과 금성 등을 삼켜버릴 것이다.

지구는 다행스럽게도 태양의 중력이 약해져 궤도를 이탈해서 안 먹히게 될 것이라 예측한다.

시리우스 쌍성 (오른쪽이 백색왜성, 왼쪽이 주계열성)

시리우스는 밤하늘의 별중 제일 빛나는 새끼다.

근데 이새끼는 하나가 아니라 둘이다. 쌍성계였던 것이다.

태양이 핵융합을 멈추고 죽으면 저 위짤의 오른쪽 처럼 백색왜성이 된다.

핵융합으로 인한 팽창 에너지와 중력 에너지가 평형을 이루고 있었는데

팽창하는 힘을 잃어 스스로 압축되어버린 것이다.

백색왜성은 매우 강한 중력으로 인해 모든 물질이 빽빽이 들어차 있는 고밀도 상태의 시체 별이다.

1cm^3 부피의 양이 일반 3톤 트럭 수준이다!

근데 쟤는 핵융합이 끝났는데 왜 아직도 빛나고 있지?

그것은 주계열성 당시의 온도를 간직하고 있기 때문이다.

모든 물질은 절대영도가 아닌 이상 항상 복사선을 방출한다.

사람은 볼 수 없지만 적외선 촬영기로 복사선을 확인할 수 있다.

그래서 적외선 카메라가 물질의 온도를 파악할 수 있는 것이다.

450도가 넘으면 사람이 볼 수 있는 수준의 가시광선도 뿜어낸다.

그게 바로 불이다.

제철소의 철이 열받으면 빨갛게 달아오르는 것을 이해하면 쉽다.

하지만 백색왜성은 더이상 핵융합으로 에너지를 뿜어내지 않으므로 시간이 지남에 따라 점점 식어서 빛을 잃을 것이고

그럼 흑색 왜성으로 바뀐다.

하지만 흑색 왜성이 될때까지 식는데 걸리는 시간은 약 200억년 이상이 걸리므로

우주의 나이가 약 137억년인 시점에서 흑색 왜성은 아직 단 한개도 없다.

태양보다 질량이 더 큰 별은 위에서도 얘기했듯이 초신성 폭발을 하게 되며

폭발 후 남은 잔해는 중성자별이 된다.

중성자별은 매우 신비한 시체별이다.

핵융합이 끝나고 초신성 폭발 뒤 더이상 핵융합을 일으키지 않는 죽음의 별이지만,

사실 항성보고 '넌 뒤졌다' 라고 얘기하는건 인간의 입장에서 말한 것이다.

얘는 자체중력이 전자기력보다 쌔졌기 때문에 전자 축퇴압을 넘어 극도로 압축되어있다.

(쓰러져가는 팽이마냥 자전축이 흔들리고 있는 펄서. 자전속도는 초당 100번을 넘는다.)

중성자별의 자전속도는 적게는 30번, 많게는 10000번 정도 된다.

마치 살아있는것 같다.

시간이 지남에 따라 자전속도가 점점 느려지긴 하지만, 인간의 시점에서 거의 일정한 밝기로 깜빡거려주기 때문에

먼 미래에 우주항해를 할 경우 우주의 등대 역할을 할 것이다.

지구의 자전속도가 약 23시간 56분인걸 감안하면 존나게 빨리 도는 것이다.

이렇게 팽이마냥 존나 빨리 회전하는 중성자별을 펄서 라고 부른다.

중성자별은 또한 강력한 자기장을 가지고 있다.

10기가테슬라의 자기장을 가지고 있는데, 이것은 지구 자기장보다 1000만배정도 쌔다.

사람이 중성자별로 가면 강력한 중력때문에 짜부되는것이 아니라, 갈기갈기 찢어진다.

물은 반자기성을 가지고 있어서 자력으로부터 멀어지려고 하는데

사람의 70%는 물이라서 물은 중성자별로 멀어지려 하고, 나머지는 중력때문에 빨려들어가기 때문이다.

아 물론 중성자별로 간다면 이렇게 되기 전에 강력한 자기장으로 인해 심장이 정지한다.

중성자별 중에서도 자기장이 특별히 강력한 중성자별은 마그네타 라고 부른다.

무게는 태양보다 무거우면서 크기는 10KM 정도밖에 되지 않는다.

아니 시발 물질을 어떻게 그렇게까지 압축시킬 수 있는거지? 하고 궁금증이 생길 것이다.

이것을 이해하기 위해 우주에 존재하는 4가지 힘과 원자가 어떻게 생겼는지 알 필요가 있다.

강력.

강한 상호작용.

원자핵의 모양을 유지시켜주는 힘.

4대 힘 중에서 가장 강력한 힘이다.

전자기력.

전자 상호간의 힘과 자기력 두개를 묶어놓은 힘이다.

5가지 힘이라고도 할 수 있지만 이 두가지 힘은 워낙 밀접한 관련이 있어서 서로 묶어놓았다.

물질이 결합을 한 것도 전자기력의 힘, 전기도 전자기력의 힘, 불도 전자기력의 힘, 자석에서 나오는 자기력도 전자기력의 힘이다.

화학은 이 전자결합과 관련된 힘을 다루는 학문이다.

힘 중에서 2번째로 강력하다.

워낙 광범위한 힘이라 거시세계에서 일어나는 거의 모든 힘이 이 전자기력과 연관되어있다.

약력.

약한 상호작용.

원자핵을 안정된 상태로 되돌리려는 힘.

불안정한 상태의 물질이 안정한 상태의 물질로 바뀌게 되는 힘이라 생각하면 된다.

이 과정에서 방사능이 나온다.

중력.

질량을 가진 물체가 서로를 끌어당기는 힘.

4가지 힘 중에서 제일 약한 힘이다.

물질들이 좆나게 합쳐 있어야 힘을 감지할 수 있는 수준으로 존나게 약하다.

중성자별이 그렇게 압축되어있는 이유는

중력이 워낙 강력해서 전자 축퇴압을 이겨버렸기 때문이다.

실제로 양성자와 전자의 크기는 원자껍질 크기에 비해 존나게 작다.

수소 크기가 31 피코미터,

양성자 크기는 1 펨토미터

전자 크기는 5.64 펨토미터다.

밀리미터, 마이크로미터, 나노미터, 피코미터, 펨토미터 순으로 작은 단위인데

그냥 존나 작은줄 알면 된다. 안보인다.

수소 원자 하나의 크기가 지구만하다 치자.

그럼 양성자 크기는 광화문 정도 된다.

그 말인즉슨,

우리가 살고 있는 세계는 사실상 턴 빈 쭉정이 세계란 뜻이다.

불가능 하겠지만,

이론적으로 63빌딩 크기를 손톱 크기만큼 줄일 수도 있다.

중성자별은 63빌딩이 손톱 크기만큼 줄어든 수준보다 더한 밀도를 보유하고 있다.

1cm^3 부피당 무게가 1억톤을 넘어가는 괴물이다.

원자 껍질 크기가 원자핵 수준으로 압축되었다고 생각하면 된다.

진정한 축퇴 물질이다.

이정도로 원자들이 빽빽하게 들어차게 만들 수준의 중력은 원자안의 양성자와 전자가 스스로 합쳐지게 된다.

그래서 중성자밖에 안남게 된다.

그래서 '중성자별'이다.

자, 그럼 중성자별보다 더 무거운 별은 뭐가 될까?

그렇다. 블랙홀이다.

블랙홀은 중성자별보다 훨씬 더 무거운 천체가 핵융합이 끝나고 초신성 폭발을 일으킨 뒤

중심부가 중성자별보다 더 압축된 상태의 별이다.

중성자별보다 더 압축될 수가 있나? 있다.

백색왜성은 중력이 전자 축퇴압을 이기지 못해서 지구 정도의 크기, 중성자별은 전자 축퇴압을 이겨서 10KM 정도의 크기라면,

블랙홀은 천체의 중력이 우주의 4가지 힘중 가장 강력한 강한 상호작용마저 이겨버린 천체다.

원자핵의 모양을 유지시켜주는 힘까지 중력이 이겨버렸으니, 그야말로 모든 물질들이 하나의 특이점으로 끝없이 압축되어버린다.

블랙홀도 부피가 있는것처럼 묘사되지만, 블랙홀의 실제 크기는 0에 한없이 가까운 상태다.

주변에 검게 보이는 것은 사건의 지평선이다.

사건의 지평선 부터 빛까지 빨아들일 정도로 중력이 쌔다.

빛도 저 검은 구멍 안으로 들어간 순간 절대 빠져나오지 못한다.

진정한 우주계의 먹방이다.

끊임없이 처먹는다.