안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
헬륨 핵융합 반응은 별의 중심부 온도가 약 1억 K 이상으로 올라갈 때 본격적으로 시작되는 과정으로, 주된 반응은 3중 알파 반응이라 불립니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
두 개의 헬륨 원자핵이 고온과 고압 환경에서 충돌하여 베릴륨-8 원자핵을 형성하지만, 베릴륨-8은 매우 불안정하여 금방 다시 두 개의 헬륨으로 쪼개집니다. 베릴륨-8이 다시 붕괴하기 직전에 세 번째 헬륨 원자핵이 빠르게 충돌하면, 매우 안정한 탄소-12 원자핵이 만들어집니다. 만들어진 탄소-12 원자핵에 또 다른 헬륨 원자핵이 결합하면서 산소-16 원자핵이 생성되기도 합니다.
이 반응에서 반응 전 헬륨 원자핵 3개의 질량을 합친 값과, 반응 결과로 만들어진 탄소 원자핵 1개의 질량을 비교하면 반응 후의 질량이 미세하게 더 작습니다. 이렇게 줄어든 질량을 질량 결손 이라고 하며, 이 질량은 에너지 등가 원리에 의해 줄어든 질량만큼 감마선 형태의 고에너지 빛과 입자들의 격렬한 운동 에너지로 즉시 전환됩니다.
방출된 막대한 열과 빛은 별 중심부의 온도를 더욱 높이고, 내부 입자 및 빛 알갱이가 밖으로 밀어내는 열압력과 복사압을 급격히 증가시킵니다. 이렇게 세진 내부 압력은 별 전체가 자체 중력에 의해 중심 방향으로 무너져 내리려는 중력 수축에 맞서 밖으로 밀어내는 힘 역할을 하게 됩니다.