백색왜성(white dwarf)은 전체 별 중에 6% 내외를 차지하고 있는 우주 기준으로 비교적 흔한 항성입니다.
백색왜성의 생성원리가 약간 독특한데, 태어날 때부터 백색왜성으로 태어난 게 아니라 중간 과정을 거쳐서 탄생합니다.
일반적인 주계열성 항성은 핵융합에서 발생하는 에너지와 자체 무게로 쪼그라드려는 중력이 서로 균형을 이루며 그 부피를 유지하는데
더 이상 핵융합을 못 하고(탄소를 핵융합할 능력이 안 됨... ㅠㅠ) 결국 자체 중력을 이기지 못 해 전자 축퇴압이 버틸 때 까지 압축된 밀집성이 백색왜성입니다.(전자 축퇴압이란 하나 이상의 전자가 동시에 같은 위치를 가질 수 없는 힘입니다)
정확하게는 그 핵이 태양 질량의 1.44배를 넘지 않으면 백색왜성이 되게 됩니다. 이를 발견자의 이름을 따 '찬드라세카르 한계'라고 부릅니다.
즉 태양 질량의 1.44배를 넘어서는 백색왜성은 없습니다.
(만약 전자 축퇴압이 못 막아주면 중성자 축퇴압이 막아주는 중성자별이 되고, 중성자 축퇴압이 못 막아주면 블랙홀이 되어 버립니다. 뒤로 가면 갈 수록 당연히 더귀합니다)
백색왜성 중 가장 유명한 (그래도 안 유명함) 백색왜성은 우리가 밤하늘에서 보는 천체 중에서 가장 밝은 항성인 시리우스A 의 짝별 시리우스B 입니다.
(사진 왼쪽 아래 조그마한 광원이 시리우스 B 입니다)
시리우스B 는 지구와 비슷한 부피에, 무려 태양질량이 압축되어 있는 백색왜성입니다.
사실 시리우스B 의 과거는 시리우스A 보다 훨씬 더 크고 밝은 별이었지만, 원래 크고 밝은 별들이 훨씬 수명이 짧기 때문에,
이미 적색거성 과정을 거쳐 행성상 성운을 뿜뿜 하다가 결국 자체 중력을 못 이기고 쪼그라든 백색왜성입니다.
시리우스B는 백색왜성 중에서도 아주 가까운 위치에 있고 질량도 상당한 편이라 지구에서 관측, 연구가 많이 되어 있습니다.(물론 인간의 눈으로는 시리우스A 와 B를 구분할 수는 없습니다. 사실 인간의 눈으로 관측할 수 있는 백색왜성 자체가 없습니다)
백색왜성의 가장 눈에 띄는 특징이라면 그 안정성과 고요함을 들 수 있습니다.
일단 백색왜성은 이미 핵융합을 다 끝내고, 어쩌면 일종의 죽은 별이기 때문에 정말 천천히 우주 공간에서 식어갈 뿐이고,(얼마나 천천히 식냐면, 일반적인 백색왜성이 주변과 같은 온도가 되려면 200억년 이상이 필요합니다. 우주 나이보다 많습니다)
별다른 특이한 일조차 일어나지 않는 고요함도 그 특징입니다.
만약 인류가 태양을 떠나 백색왜성 근처에 인공 행성을 만든다면 거의 영원하다고 할 수 있을 정도로 그 에너지를 안정적으로 쓸 수 있을 거라 생각하는 이들도 있어서,
어쩌면 백색왜성은 '미래 우리 후손... 들에게... 유용한... 자원이... 될.. 수 있을... 지'도 모르지만, 너무 멀어 좀 헛소리 같네요.
여하튼 이렇게 안정적이고 얌전하고 착해보이는 백색왜성인데... 그런데...
주변에서 건들다가 쌓여서 화가 나게 된다면 진짜 무서워 집니다.(잘 참다가 한 번에 터뜨리는 스타일)
만약 동반성으로부터 물질을 지속적으로 흡수하거나 아니면 다른 백색왜성과 충돌하여 그 질량이 찬드라세카르 한계(태양질량의 1.44배)를 넘어 버린다면
백색왜성은 자신의 대부분의 구성물질인 탄소를 폭발적으로 발화시키며 초신성으로 변신해 버립니다. ㄷㄷㄷ(물론 잔잔하게 신성으로 되는 경우도 많음)
백색왜성이 변신한 초신성을 Ia형 초신성(one a라고 읽습니다)이라고 하는데, 정말 밝습니다.
여러 유형의 초신성 중에서도 밝기 만을 따지자면 으뜸가는 수준입니다.
어느정도냐면 만약 외부은하에서 Ia 초신성이 터진다면. 그 초신성은 그 별이 속해있던 은하 전체보다도 밝은 경우가 종종 있습니다.
(왼쪽 아래 점이 Ia 초신성, 은하가 그 초신성이 속한 母은하입니다. 초신성이 모은하 전체 광도보다 밝습니다)
심지어 외부 은하의 초신성임에도 우리 눈에 밤하늘에서 보일 정도로 밝습니다.
만약 우리은하 내에서 Ia 초신성이 터진다면, 이변이 없는 한 밤에도 보름달에 버금갈 경우로 밝을 것이며,
낮에도 그 초신성이 태양 빛을 이겨내고 보일 정도로 밝을 것입니다.
몇 십 광년 내에서 터진다면 지구 절멸은 확정이고요.(사실 우리은하의 초신성 폭발은 비교적 흔한 일이고 한 세기에 한 두개 정도는 폭발하는데, 몇 세기 동안 좀 소식이 없네요)
여기서 저기 위 사진에 있는 시리우스B 가 슬슬 걱정되실 지도 모릅니다.
'시리우스는 워낙 지구에 가까운데, 만약 시리우스B 가 초신성이 된다면 지구는 작살나는 게 아니냐' 라는 걱정이 안 들 수 없습니다.
물론 초신성이 된다면 지구는 작살 나겠지만, 다행히 시리우스B 는 시리우스A 와 거리가 상당하여 시리우스A 의 가스를 털어먹지도 않고 있고,
또한 시리우스A 와 갑자기 합쳐져서 찬드라세카르 한계를 넘길 일도 없습니다.
다행입니다. 지구는 아직 안전합니다. ㅎㅎ
그런데 이러한 Ia 초신성의 엄청난 밝기는 우주 외부 은하의 거리를 아는데에 대단히 중요한 자료가 되는데,
Ia 초신성은 정확히 태양질량 1.44배에서 초신성이 되기 때문에, 광도 곡선이 대단히 일정합니다.
즉, 우리 은하에서 터진 Ia 초신성이나, 멀리 안드로메다에서 터진 Ia 초신성이 거의 동일하기 때문에,
Ia 초신성을 발견하고 그 밝기와 변화만 측정한다면 거의 정확하게 그 초신성과 그 초신성이 있는 외부은하까지의 거리를 아주 쉽게 알 수 있습니다.
여하튼 주계열성의 최종 단계로 어쩌면 별의 시체일지도 모르는 한낱 인간 후손들의 에너지원 따위가 열받으면 얼마나 무서운 존재가 될 수 있는 지 보여주는 예가 백색왜성의 초신성화라고 하겠습니다.
이러한 백색왜성 연구의 선구자로는 인도 출신의 미국 천체물리학자
수브라마니안 찬드라세카르( Subrahmanyan Chandrasekhar, சுப்பிரமணியன் சந்திரசேகர்-당연히 복붙, 1910 - 1995) 가 가장 유명합니다.
찬드라세카르는 백색왜성의 형성단계, 구조, 대기 등 백색왜성의 거의 모든 A to Z를 연구했고 또한 수학적 증명만으로도 태양질량의 1.4배가 넘는 항성은 백색왜성이 될 수 없고(찬드라세카르 한계),
그럴 넘는 항성들은 중성자별이나 더 나아가 블랙홀의 될 것으로 예측한 것으로 유명합니다.
다만 그의 스승이라고 보기엔 뭐하지만 선배 천체 물리학자 아서 에딩턴(영국, 에딩턴 한계로 유명한)은
수학적 증명만으로는 아직 관측되지도 않은 천체들의 존재가 증명되는 것은 아니라고 하며
생전에 식민지 인도 출신인 찬드라세카르의 이론을 인정하지 않기도 하는 등,
초기에는 좀 험난했지만, 가면 갈 수록 찬드라세카르의 주장에 동조하는 학자들이 점점 많아지면서 밀집성 이론의 발전을 가져오기도 했습니다.
또한 찬드라세카르는 학생들에게 매우 성실하고 열심히 하는 교수로서도 유명했는데,
시카고 대학에서 교수 재직 시 단 두 명의 대학원생들이 신청하여 폐강될 위기에 있던 과목을 그 두 명의 대학원생만을 위해
100마일 넘게 추운 겨울길을 운전하며 단 한 번의 빠짐 없이 훌륭히 그 과목을 마친 일화도 있었습니다.
그리고 그 두 명의 학생들은 '약력에 의한 홀짝성의 비보존 이론' 1957년 노벨 물리학상을 수상하게 됩니다
(공동수상)
리정다오(李政道, 1926~)
양전닝(杨振宁, 1922~)
찬드라세카르는 엄청난 업적에 비해 노벨물리학상은 좀 늦게 받게 되는데,
이는 그의 이론에 문제가 있었다기보다는, 그가 예측했던 중성자별, 블랙홀 등의 밀집성의 관측이 워낙 늦고 어려웠던 데에 그 이유가 있습니다.
실제로 1968년에 펄서(중성자별)가 처음 발견되었고,
1964년에 발견된 강력한 X선 발생 천체인 시그너스 X-1이 몇 십년에 걸친 검증 과정을 통해 블랙홀로 확인 되었습니다.
(스티븐 호킹과 킵 손이 내기 한 바로 그 천체입니다)
결국 찬드라세카르는 1983년에야 비로소 노벨 물리학상을 수상하게 되는데,
1930년대에 만든 이론과 논문으로 거의 반세기가 지나서 노벨상을 받은 상당히 이례적인 예라고 하겠습니다
(만약 일찍 죽으면 못 받았음...)
찬드라세카르 의 업적을 기려 나사에서는 그의 사후 X선 우주 망원경(관측선)에 그의 이름을 붙여 '찬드라 엑스선 관측선'이라고 명명하고 1999년 7월에 발사하였습니다.
예상 수명은 5년이었지만 현재 18년 째 아주 멀쩡하게 지구 궤도를 멀리 돌며(밴앨런 대를 피하기 위해) 찬드라세카르가 예측했던 밀집성들을 엄청난 성과로 관측해 내고 있습니다.
그의 이름 '찬드라'의 뜻대로(달, 빛을 내는) 그의 이름을 딴 찬드라 망원경은 영원의 빛을 현재까지도 탐구하고 있습니다.
(찬드라 X선 탐사선)
https://cohabe.com/sisa/379012
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저영감님이 대단한게 연구 의욕도 쩔고 사람이 굉장히 나이스했다고 하더라구요.
글구 저분이 쓴 블랙홀 서적은 블랙홀이랑 여러 천체물리를 연구하는데 있어선
거의 바이블급임
아프리카 도곤족이 시리우스가 연성으로 구성된걸 알고있었다던데 육안 관찰도 안되는걸 어찌 알았는지ㄷㄷ
시리우스 A 행성은 주계열성이라 밝은 건가요? 청색거성? 같은건지요...
[리플수정]스렉코비치// 그거는 좀 뻥같아요 ㅎㅎ아 님 말씀이 거짓이라는 게 아닙니다.
핸즈업// 네 분광형 A형의 밝은 별인데, 청색거성급은 아니고 그저 태양이 연고대 급이면 서울대 급의 별입니다.
생소한 인도 이름 치고는 엄청 간지난다 싶었는데 찬드라가 빛이었군요.
[리플수정]코믹산스// 그쵸?ㅎㅎ 고고학 유물처럼 인류학적 조사대상도 오염되는 경우가 많으니까요
인류가 망원경을 발명한 이래 우리 은하에서 초신성의 폭발이 없었다고 하죠. 1987년 마젤란 은하에서의 폭발이 유명했고 엄청난 관심과 관측이 이뤄졌는데...
우리 인류의 문명이 멸망하지 않고 망원경을 유지하고 있을 때에 우리 은하 내의 초신성의 폭발을 관측할 수 있을래나요.
[식윤RanomA탱율팁]// 꼭 그래야 하는데요 ㅠㅠ
재미난 글 감사합니다.
늘 재밌게 읽고 있습니다. 백색왜성도 화가나면 무섭군요. ㄷㄷㄷ
고령의 나이에 노벨상을 받았는데, 나이들고 나서는 큰 욕심이나 이런 게 없었던 건지, 아니면 오랜 세월 기다려온 한탄인 건지도 모르지만, 노벨상 수상에 대해서 기쁘다가 아니라 이제 와서 노인에게는 별 의미 없다는 얘기를 한 게 찬드라세카르인가 다른 사람인가 모르겠네요.
우주에 관한 글 읽을 때마다 항상 의문점이 드는 건..
빅뱅이전엔 그럼 뭐였을까.. 그냥 '無'였나.. 그래도 공간은 있었을텐데.. 암흑천지였나..
하는 생각이 꼬리를 물면서..어지러워집니다..ㅎ
불교에서 말한 소우주, 중우주, 대우주론이 비슷하기도 하고요..
암튼 그 크기를 짐작조차 하기힘든 우주에서 이 정말 티끌보다도 못한
인생들이 드잡이질 하면서 살아간다는 게 참..ㅡㅡ;;
이분 삼촌도 노벨물리학상 수상자. 라만 가설
미스란디르// 네 혈통이 죽이죠 ㅎㅎ
빅뱅이전이란 개념 자체가 모호합니다. 시간도 빅뱅과 함께 생긴거라...
좀비별
익산정글러// 네 가끔 그런 것들도 생겨요
늘 잘보고 있습니다.
산스님 글은 무조건 추천 후 스크랩
항상 잘 보고 있습니다. 천문학을 잘 모르지만 정성 글에는 추천~~
그런데 궁금한 점이 몇십 광년 이내에서 초신성이 폭발한다면 지구는 작살난다고 하셨는데요. 말이 몇십 광년이지 엄청난 거리인데 그런 거리의 초신성이라도 지구를 절멸시킬 정도로 파괴력이 강한가요? 그럼 초신성이 발생한 은하계는 그 근처 항성들이 막대한 피해를 입겠네요.
그리고 시리우스 백생왜성의 초신성 가능성을 언급하셔서 찾아 보았더니 시리우스와 지구 거리가 8.7광년이네요. 시리우스가 우리 은하계 별이 아닐 것 같은데 왜 이렇게 가까운 거죠? 가장 가까운 안드로메다 은하가 2백만광년 거리인데... 시리우스가 큰개자리라서 우리 은하가 아닌 걸로 생각했는데 우리 은하 안에 있는 별인가요?
초신성이 폭발하면 어마어마한 방사선이 날아오니까요. 과거 대절멸의 원인으로 초신성 폭발도 제기되곤 하죠.
그리고 시리우스는 매우 가까운 별이고 당연히 우리 은하 식구입니다.
우리가 육안으로 볼 수 있는 별은 전부 우리 은하 식구일 겁니다.
우리 은하의 크기가 십만 광년입니다. 이 바깥에서 오는 별을 눈으로 본다는 건 거의 불가능하겠죠.
(제가 알기로 사람의 눈으로 볼 수 있는 가장 먼 존재가 바로 이백만 광년 떨어진 안드로메다 은하입니다.)
별자리란 사람의 편의대로 붙인 천구의 구역에 불과한 개념입니다. 이건 그 자리에 나타나는 천체의 실제 특성과는 아무런 관련이 없습니다.
하늘을 구획한 것이 별자리이기 때문에 하늘의 모든 천체는 반드시 어떤 별자리에 속에 있게 됩니다.
시리우스가 큰개자리에 있다는 것은 태양계에서 봤을 때 그쪽 방향의 어떤 선상에 시리우스가 있다는 의미일 뿐이죠.
안드로메다 은하라 하면 안드로메다자리 방면에 외계 은하가 위치해 있는 것이고요.
근처에서 초신성 폭발하면 지구 작살이라는게 지구 자체가 어떻게 된다기 보다는 정확히는 지구내의 생명체들이 작살나는거죠. 특히 인류는 뭐...
물댄정원// 몇 십 광년 내 초신성 폭발이라면 충분히 지구 생명체에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 그 파괴력 자체가 근처에 있는 별까지 충격으로 날려 버릴 정도라서요. 그 근처 항성계들이 막대한 피해를 입는 거 맞습니다. 우리 은하에서 100년에 한 두 번 꼴입니다.
시리우스 별은 우리 은하의 별이고 실제로도 아주 가까워서 밝은 별이기도 합니다. 또한 외부 은하의 별은 인간의 눈으로 보이는 게 한 개도 없습니다.
아마도 안드로메다와 삼각형자리 은하가 인간의 눈으로 볼 수 있는 가장 먼 천체일 겁니다.
카나코// 그렇군요. 말씀대로 육안으로 볼 수 있는 별들은 우리 은하 안에 있는 항성일 가능성이 높겠군요.
코믹산스// 그렇게 따지면 초신성 폭발이 멀리서 보기에는 아름다운 현상이지만 치명적인 파괴를 동반하는 과정이군요.
물댄정원// 네 맞습니다. 근데 우리 은하도 충분히 크고 다행히 지구 근처에 위험한 초신성 후보도 없어서 괜찮습니다.
백색왜성 주변 행성들은 대부분 파괴 된다고 하는데 주변 행성에 생명체가 있을까요?
오..ㄷㄷ
데오듀란트// 이미 백색왜성 전 적색거성 단계에서 미래의 지구처럼 삼켜졌거나 아니면 행성상성운 때문이라도 이미 끝나버렸을 것 같습니다 ㅠㅠ
초신성 폭발이 일어날때 1A형인지 아닌지 어떻게 구분할 수 있나요?
[저질야구]잘하자쫌!!// 분광스펙트럼에 수소선이 보이면 II형, 안 보이면 I형입니다.
[저질야구]잘하자쫌!!// https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%B4%88%EC%8B%A0%EC%84%B1?wprov=sfla1
여기서 분류를 보시면 좀 더 자세하게 알 수 있습니다.
만약에 거리측정이 가능한 곳에 초신성이 생겨서 그사실을 아는 사람은 미래예측이 가능하겠네요 노스트라무스처럼요
[리플수정]Therion의 Sirius B앨범이 생각나는 글이군요. 혹시 Lemuria도 별이름 인가요?
항상 새롭고 신기한 이야기잘보고 갑니다.^^
이번 천문학 강의도 매우 흥미롭네요. 대체 뭐하시는 분이신가요? 사실 1/10도 못 이해합니다만, 대단하신 분인 것 같은데요.
설명해주신거 다는 이해하지 못하지만 암튼 재밌고.... 우주는 참 신비합니다
항상 재미난글 오늘도 감사합니다. ^^
정말 좋은 글이네요.. 흥미진진하게 그리고 감사하게 잘 읽었습니다.
자주 글 올려주세요~
매번 스크랩 하면서 정말 재밌게 보고 있습니다 감사합니다~
감사합니다. 이 맛에 불펜 못 끊어요 ㅎㅎ
90년대 초반 뉴턴이나 과학동아 읽으며 봤던 이름인데 다시 보니 새롭네요.
담배는멘솔// https://namu.wiki/w/%EB%A0%88%EB%AC%B4%EB%A6%AC%EC%95%84
아틀란티스 대륙이나 무 대륙 같은 사라진 전설의 대륙...
담배는멘솔// 레무리아는 태평양에 존재했다고 주장되던 가상의 초대륙입니다. 태평양 사이에 생명체의 근연성에 대한 가설이었죠.
그러나 대륙이동설이 정설이 되면서 폐기된 가설이죠.
항상 잘 보고있습니다. 매번 감사합니다. 그리고 댓글들도 유익한 내용이 많아서 참 좋아요. 스크랩 해놓고 생각날때마다 읽어보고 있습니다
스케일 크다
얌전하게 있다가도 화나면
광년단위로 쓸어버리네
†쌍쌍바+// 그것도 지구만한 놈이 말이죠 ㅎㅎ
좋은 글 감사합니다. 별의 질량을 계산할 수 있다는 점이 참 흥미롭네요. ㅎㅎ
[리플수정]비교적 근거리 내에 존재하는 우리은하 초신성 후보는 7,500광년 떨어진 에타 카리나와 오리온자리의 베델기우스가 있습니다.
두 별 모두 우리은하내에 존재하지만 비교적 멀리 떨어져 있기 때문에 지구에 미치는 영향은 거의없다는게 과학자들의 발표입니다.
물론 아주 멀리 떨어진 초신성이라도 그 양극의 방향이 지구와 일치한다면 감마선 때문에 생물이 멸종할수도 있습니다.
애석하게도 이런 상황은 기본적으로 예측할수가 없습니다. 감마선이 빛의 속도로 도달하기 때문입니다.
누구신지// 조금 빨리 미리 알 수 있는 방법이 있긴합니다. 감마선보다 중성미자가 폭발적으로(중성미자 기준으로...) 아주아주아주아주 조금 미리 검출될 겁니다. 물론 대비할 시간은 절대 안 될 거고요.
코믹산스// 중성미자는 별이 붕괴할때 폭발적으로 발생되긴 하는데 감마선 처럼 양극쪽으로 몰려서 방출되나요?
누구신지// 아뇨 아마도 강착원반 같은 시스템이 만들어지기 직전이니 아마도 전방향 방출일 겁니다. 정확히는 잘 모르겠네요.
태양질량 압축은 상상이 안가네요 들을때마다 ~ 좋은 글 감사합니다!!
찬드라세카르 한계는 배타원리 때문이고 그 한계를 넘어가면 전자들이 날아가버리고 중성자만 남게 되는데, 중성자별이 블랙홀이 되는건 또 어떤 과정이 필요한가요? 단지 질량이 더 커지면 되는건가요?
클릭하기 전에 백제왜성과 인도가 무슨 싱관관계가 있을까? 라고 생각하고 들어옴....ㅋㅋㅋ
제르미날// 네 전자축퇴압을 넘으면 그 전자가 양성자와 강제 결합하면서 중성자가 되고 원래있던 중성자들 까지 합쳐져서 중성자별이 됩니다. 그런데 태양질량의 3배가 넘어가면 중성자축퇴압도 버티지 못하고 한 점으로 수렴해버리는데 그게 블랙홀입니다.