태양의 수소가 모두 헬륨으로 바뀌게 되면 그다음은 어떻게 되나요?
뜨거운 태양은 쉼없이 계속해서 핵분열이 발생하기 때문이라고 하는데요
이러한 핵융합으로 수소가 헬륨으로 바뀐다고 하는데요
그러면 모든 태양에 있는 수소가 헬륨으로 바뀌고 나면 어떻게 되는 건가요?
안녕하세요. 이용준 전문가입니다.
태양의 수소가 모두 핵융합을 하는 것은 아니고 현재는 중심핵에서 핵융합을 합니다.
태양의 중심핵에서는 4개의 수소 원자가 1개의 헬륨 원자가 되는 수소핵융합 반응이 일어나고 있습니다. 중심핵에서 수소핵융합 반응이 일어나는 별을 주계열성이라고 합니다. 이 과정에서 발생한 에너지와 압력이 별이 중력에 의해 수축되는 것을 막아주며 현재의 크기를 유지하게 해줍니다. 이를 정역학평형 상태에 있다고 합니다.
중심핵의 수소가 모두 헬륨으로 바뀌면 더이상 에너지를 생성할 수 없으므로 압력이 감소하여 중력에 의해 수축하게 됩니다. 중력에 의해 수축하는 과정에서 위치에너지가 열에너지로 전환하며 내부 온도가 올라갑니다. 헬륨으로 이루어진 중심핵 주변을 둘러싼 부분의 온도가 1000만K 이상이 되면 핵을 둘러싼 부분에서 수소핵융합 반응이 일어나며 이를 수소껍질 연소라고 합니다. 수소껍질이 연소되는 동안에도 헬륨으로 이루어진 중심핵은 중력에 의해 계속 수축하며, 온도가 1억K에 도달하면 2개의 헬륨원자가 융합하여 1개의 탄소원자를 만드는 헬륨핵융합 반응이 일어납니다. 이로 인해 별은 다시 한 번 팽창하는데 표면은 처음보다 온도가 낮아지므로 적색으로 바뀌고 크기는 더욱 커져 적색거성이 됩니다.
중심핵에서 헬륨이 고갈되고 수소껍질의 연소가 끝나면 다시 수축합니다. 별의 크기가 충분히 크다면 중심핵이 철이 될 때까지 이런 과정을 반복합니다.
태양의 경우는 중심핵이 탄소 또는 산소가 될 때까지 핵융합을 계속 할 것이라고 합니다.
따라서 태양의 경우 중심핵에서 더이상 핵융합이 일어나지 않더라도 태양의 대부분은 수소로 이루어진 상태일 것입니다.
도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.
현재 태양은 주계열성 단계라고 알려져 있는데요. 이는 핵융합을 통하여 수소를 헬륨으로 변환하면서 안정적으로 빛을 내는 단계를 의미합니다. 중심부의 약 75%가 수소이며 수소 4개를 헬륨 1개 + 에너지 방출을 통하여 많은양의 빛과 열을 생성해내는 단계이지요. 약 50억년 후까지 현재 상태를 유지할수 있다고 알려져 있습니다. 수소가 모두 소진되면 적색거성 단계로 들어서게 되는데 이 단계에선 태양 중심부의 수소가 모두 헬륨으로 바뀌면서 핵융합이 멈추는 단ㄱ입니다. 중력수축이 이루어지는 단계이기도 하지요 태양의 크기와 밝기가 크게 변하게 되는데 태양이 부풀어 올라 적색거성이 되며 중심부의 수소가 모두 고갈되면 핵융합 반응이 일시적으로 멈추고 중력에 의해 태양이 수축하며 중ㅅ미부분이 뜨거워지게 됩니다. 이후 온도가 충분히 상승하게 되면 헬륨이 융합을 시작하면서 탄소를 생성하게 되고 바깥층이 팽창하면서 태양이 현재보다 약 100배 커지게 되는 적색거성단계로 진입하게 되는 것이지요. 태양의 외곽층이 크게 부풀어 올라 수성, 그멋ㅇ, 지구까지 삼킬 가능성이 있답니다!이 이후 태양의 최후 단ㄱㅖ에선 행성상성운과 백색왜성이 되는데, 적색거성이 된 태양은 헬륨을 핵융합하여 탄소와 산소를 생성하게 되지만 더 무거운 철과 같은 원소를 만들어 내지 못하게 됩니다. 핵융합이 결과적으로 멈추게 되면서 최종적으로 백색왜성으로 변하게 되며 핵융합이 완전히 멈춘 이후 태양의 바깥층은 우주로 방출되어 행성상 성운을 형성하게 됩니다. 이후 남은 핵은 수축하며 고밀도의 백색왜성을 만들어내게되고 매우 뜨겁고 밀도가 높은 천체가 되게 됩니다. 이후 수십억년 동안 서서히 식어가며 어두운 천체로 변하게 됩니다. 우리가 흔히 알고 있는 초신성이나 블랙홀은 태양보다 3배 정도 더 무거운 상태에서 만들어지며 철까지 생성한 이후 초신성 폭발등을 일으켜 블랙홀이나 중성자별을 만들어내게 합니다.