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같은 성운에서 탄생한 태양의 형제 항성이 있을까요?

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.성운이란 윤곽이 확실하지 않은 구름 모양의 천체, 우주의 먼지나 가스로 이루어진 것으로 은하계 내 성운과 은하계 바깥의 성운이 있습니다. 성단 이란 천구 상의 부분적으로 별들이 구형을 이루거나 불규칙적으로 중력에 의하여 모여 있는 집단으로서 이들 집단은 별이 모여 있는 형체와 종족에 따라 산개 성단과 구상 선단으로 구분할 수 있습니다.성운은 발광 성운, 반사 성운, 암흑 성운으로 나눕니다. 첫 번째, 발광 성운(Emission Nebula)은 주위의 뜨거운 별로부터 에너지를 공급받아 스스로 빛을 내는 성운으로 주로 붉은 색으로 보인답니다. 작은 성간 물질에 의해 별빛이 흡수되는데, 그 중의 대부분은 성간 물질에 의해 산란됩니다. 산란된 별빛에 의해 성운의 수소가 전리되고 빛을 방출하는데 주로 밝은 별(0형) 주위에 밀집되어 있는 먼지 구름에 의하여 빛나는 발광 성운은 행성상 성운에 비해 형상이 불규칙하고 크며 크기는 수십 광년 정도이고요. 대표적인 예로서 오리온 대성운(M 42)이 있습니다. 두 번째, 반사 성운(Reflection Nebula)이 있습니다. 성단 물질의 덩어리 가까이 있는 별이 B2에서 B3 이하일 때 그 에너지는 성단 가스를 들뜨게 하지 못합니다. 그러나 성간 미립자가 별빛을 반사하여 빛나는데 이것을 반사 성운이라고 하며 이 경우에 연속 스펙트럼이 관측됩니다. 푸른빛은 붉은 빛보다 성간 미립자에 의하여 더 많이 산란됩니다. 그래서 반사 성운은 빛을 내게 하는 별보다 더 푸른빛을 냅니다 황소자리의 플레이아데스 성단 주위에서 보이는 성운이 가장 잘 알려져 있습니다. 세 번째, 암흑 성운(Dark Nebula, Absorption Nebula)이 있습니다. 이 암흑 성운은 밝은 성운이나 은하수 바로 앞에 성단 물질의 덩어리가 있으면 그림자가 배후에서 오는 빛을 차단하여 그 덩어리 모양이 실루엣으로 부각되어 보입니다. 가장 밀집된 암흑 성운이라도 상당히 넓은 범위에 걸쳐서 퍼져 있기 때문에 뒤에 있는 별과 발광 성운의 빛의 거의 대부분을 흡수하거나 산란시킵니다. 오리온자리의 말머리 성운이 가장 잘 알려져 있습니다. 이 밖에 망원경으로 보면 행성과 같이 둥근 모습으로 보이는 행성상 성운(Planetary Nebula)이 있습니다. 거문고 자리의 가락지 성운(M 57)이 잘 알려져 있지요.별들은 지금도 우주의 어디에선가 태어나고 있다. 성운은 별들이 태어나는 곳이다. 성간에는 성간물질이라 불리는 많은 양의 가스와 먼지가 흩어져 있다. 성운이란 가스와 먼지 등으로 이루어진 대규모의 성간물질로 주로 은하면에 모여 있으며, 성간물질은 여러 파장에서 관측되는 밝은 성운과 암흑성운을 만든다. 밤하늘에 형형색색의 빛깔로 아름답게 빛나는 성운들의 모습은 우주를 장관으로 만들어 우주의 신비로움을 더해 주고 있다. 성운은 은하계 안에서뿐만 아니라 외부은하에서도 많이 관측된다. 성운은 주변 별의 영향과 그 구성성분 및 모양에 의해 몇 가지로 구분된다. (1) 발광방법에 따른 성운의 분류 먼저 성운은 발광방법에 따라 반사성운과 발광성운으로 구분된다. 대부분의 성운은 거의 반사성운인데, 반사성운은 성간기체뿐만 아니라 많은 양의 먼지를 포함하고 있다. 반사성운은 뜨거운 별 근처에 있어서, 먼지가 짧은 파장의 별빛을 산란시켜 푸르게 보인다. 발광성운도 주위의 뜨거운 별빛을 받아 빛을 내지만 그 과정은 반사성운과 조금 다르다. 뜨거운 별들은 성운의 내부 또는 뒤쪽에 자리잡고 있는데, 짧은 고에너지 자외선을 방출한다. 이 복사가 가스구름에 부딪치면 기체 원자들을 이온화시켜서, 전자가 원자로부터 떨어져 나가게 된다. 떨어져 나간 전자는 다시 원자와 재결합할 때 에너지가 낮은 긴 파장의 빛을 방출한다. 암흑성운은 가시광선을 방출하지 않는 먼지를 포함하기 때문에 어둡다. 암흑성운의 먼지는 밝은 성운이나 별에서 오는 빛을 차단할 만큼 높다. (2) 성운의 모양에 따른 분류 성운은 또 그 모양에 따라 행성상성운, 초신성 잔해, 산광성운으로 구분된다. 행성상성운은 태양정도의 질량을 갖는 별이 표면 가스를 팽창시켜 먼 거리에서 볼 때 행성처럼 보이는 성운이다. 초신성 잔해는 무거운 질량을 갖는 별이 초신성 폭발을 일으킨 후 그 잔해로 이루어진 가스성운이다. 산광성운은 행성상성운이나 초신성 잔해와 달리 처음부터 성간가스와 먼지 등이 모여 이루어진 성운이다. 모양이 불규칙하며, 지름이 수십 광년에 이른다. 일반적으로 성운이라면 이러한 산광성운을 이르는 경우가 많다. 산광성운의 주변에는 암흑성운이 따르는 것을 흔히 볼 수 있다. --------------------------------------------------------------------------------방출성운(휘선성운, 발광성운, emission nebula) 가스가 고온의 별로 부터 자외선을 받아 이온화하여 빛을 내는 성운이다. 주로 가스로 된 성간물질 가까이에 고온의 별이 가까이 있는 경우, 고온의 별에 서 복사되는 자외선에 의하여 수소 가스가 들뜨게 되어 휘선스펙트럼과 함께 밝은 빛 을 내게 된다. 이와 같은 고온별은 연령이 수천 만년 이하인 젊은 산개성단에 포함되는 경우가 많다. 여기에는 오리온자리의 오리온대성운, 백조자리의 북아메리카성운, 외뿔소자리의 장미성운등 많은 성운이 있다. --------------------------------------------------------------------------------반사성운(reflection nebula) 성운 스스로는 빛을 내지 않으나 주위의 고온의 별로 부터 받은 빛을 반사하여 마치 스스로 빛을 내는 것처럼 보이는 가스와 먼지로 이루어진 성운이다. 성운 가까이에 있는 별이 고온이기는 하나 성운 내의 가스를 들뜨게 할 정도는 되지 못하여, 성운의 물질들이 단순히 별빛을 반사하여 빛날 때 반사성운이 된다. 예를들면 플레이아데스성단을 둘러싸고 있는 푸른빛의 성운을 들 수 있다. 이 밖에 암흑성운의 주변부에서 볼 수 있는데, 빛을 반사할 때 푸른색 쪽이 더 크게 산란되므로 실제의 별빛보다는 다소 푸른색 쪽으로 치우쳐 나타난다. --------------------------------------------------------------------------------암흑성운 (dark nebula) 성운 스스로는 빛을 내지 않으나 성운 뒷편에 있는 별이나 발광가스를 차단하여 검은 덩어리 또는 띠로서 관측되는 성운이다. 방출성운이나 반사성운과 같은 밝은 성운 또는 밝은 별 앞에 주로 먼지와 티끌로 된 고밀도의 성간물질이 있어, 그 배후에서 오는 빛을 차단하여 검은색의 실루엣처럼 보인다. 은하면에 따른 영역에 많고, 외부은하 중 주로 나선은하의 팔에 해당하는 부근과 막대나선 은하 등에서도 볼 수 있다. 오리온자리의 말머리성운, 백조자리의 북아메리카성운, 남십자자리의 석탄자루(coalsack) 등이 있다. --------------------------------------------------------------------------------행성상성운(planetary nebula) 행성상 성운은 성간운이 아니라 비교적 질량이 작은 별이 진화 말기에 자신의 표면 가스를 우주공간에 방출하여 생긴 것이다. 행성상성운은 은하계 내의 가스성운 중 비교적 작은 규모의 것으로, 작은 망원경으로 보았을 때 가장자리가 명료한 원반형, 즉 행성 모양으로 보인다. 주로 원판 모양·가락지 모양 등 비교적 뚜렷한 형상을 가진 것이 많다. 행성상 성운의 중심에는 표면온도가 수 만 도에 이르는 청백색의 백색왜성이 발견되고 있으며, 성운 자체도 초속 수십 km에 이르는 속도로 팽창하고 있는 것이 관측된다. 성운의 지름은 1광년 정도이며, 수명은 수만 년이라 여겨진다. 가스가 팽창하는 이유는 몇 가지로 생각해 볼 수 있다. 그 중의 하나는 적색거성의 바깥쪽 가스가 중력을 뿌리치고 달아나 버린다는 설이다. 적색거성은 대단히 커져 있으므로 그 표면 부근에서 받는 중력이 매우 작아져 있기 때문이다. 또 다른 설은 적색거성의 내부에 헬륨 핵융합반응이 폭주하여 바깥쪽 가스를 날려버린다는 설과 궤도가 아주 근접한 쌍성이 가스를 교환하면서 진화해 가는 과정에서 가스를 흘려서 행성상 성운이 생긴다는 설이 있다. 거문고자리의 고리성운(M57), 여우자리의 아령형성운(M27), 큰곰자리의 부엉이성운(M97) 등이 대표적이다. 주로 은하면에서 떨어진 곳이나 은하중심핵 부근에 분포하는데, 지금까지 1000개 이상이 발견되었다. --------------------------------------------------------------------------------초신성잔해(supernova remenant) 초신성 잔해는 초신성이 발생 한 뒤 그 잔해로 이루어진 가스성운이다. 중심으로부터 바깥쪽으로 퍼지는 모습을 보인다. 황소자리의 게성운은 대표적인 초신성 잔해이며, 면사포성운을 포함한 백조자리루프같이 매우 넓게 퍼져 있는 성운도 있다. 초신성이 폭발하여 생긴 성운(초신성 잔해)은 초속 1000∼1만 km에 이르는 맹렬한 속도로 팽창한다. 이에 비하면 행성상성운은 매우 서서히 완만하게 가스를 흘리고 있는 것이다. --------------------------------------------------------------------------------산광성운(diffuse nebula) 산광성운은 행성상성운과 달리 처음부터 성간가스와 먼지 등이 모여 이루어진 성운이다. 모양이 불규칙하며, 지름이 수십 광년에 이른다. 일반적으로 성운이라면 이러한 산광성운을 이르는 경우가 많다. 산광성운은 크게 고온의 별에서 방출되는 강렬한 자외선복사로 성운내의 가스가 들뜨게 되어 성운 스스로 빛을 방출하는 방출성운(휘선성운)과 주위 별에서 방출된 빛이 성운 내의 성간입자와 티끌에 의해 산란 또는 반사되어 빛나는 반사성운으로 구분된다. 오리온대성운(방출성운)이나 플레이아데스성운(반사성운)이 대표적이다. 산광성운의 주변에는 암흑성운이 따르는 것을 흔히 볼 수 있다. --------------------------------------------------------------------------------성단은 산개 성단과 구상 성단으로 나뉩니다.첫 번째, 산개 성단(Open Cluster)은 수십 개에서 수백 개까지의 별이 불규칙적으로 모여 있는 것으로 은하수를 따라 분포하고 있어서 은하 성단이라고도 부릅니다. 이들은 가스 성운 속에서 같이 태어난 별들로 비교적 젊은 별의 집단입니다. 현재까지 100개 정도가 발견되었고 그 중 29개에 메시에 번호가 붙어 있습니다. 플레이아데스 성단(M 45), 히아데스 성단, 게자리의 M 44. 쌍둥이자리의 M 35, 전갈자리의 M 6, M 7 등이 있습니다.두 번째, 구상 성단(Globule Cluster)은 수십만 개의 별들이 아주 밀집하여 있고, 거의 구대칭형의 형태를 이루며, 은하 중심 근처에서 은하 무리에 이르기까지 분포되어 있습니다. 반지름은 20pc에서 50pc정도이며, 역학적으로 매우 안정되고 수명이 긴 성단입니다. 구상 성단은 은하 생성 초기에 생긴 것으로 추정되며 중원소 함량이 적은 늙은 별들로 구성되어 있습니다. 가장 유명한 헤라클레스자리의 M 13과 사냥개 자리의 M 3, 페가수스 자리의 M 15등이 있습니다.

학문 / 지구과학·천문우주

23.04.08

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