행성 인듯 행성 아닌 행성 같은 '행성상 성운(Planetary nebula)'

우주에는 수많은 행성이 존재합니다. 그리고 행성이 아닌데 행성같이 보이는 것들도 간혹 있습니다. 그것들 중 오늘은 행성상 성운이라는 것에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

헬릭스성운 이미지출처 나사

행성상 성운이란 무엇인가?

별은 지속적으로 수소를 에너지로 사용하며 유지됩니다. 하지만 별 내부의 수소의 양은 한계가 있고, 이 수소가 소진되면, 헬륨을 다시 에너지로 사용하게 됩니다. 이 과정에서 별은 수축과 팽창을 하게 되고, 마침내 별 외부의 외피가 벗져겨 나가며 흩어지게 됩니다. 이 외피들은 대기 중에 가스와 먼지의 형태로 존재하게 되는데 각각 내부의 핵의 빛과 에너지를 받아 빛을 발산합니다. 이것이 멀리서 보면 마치 성운과 같다고 하여 행성상 성운이라고 불리게 됩니다. 이렇게 정리하면 될까? 이러한 과정에서 형성된 성운을 "행성상 성운"이라고 부르게 됩니다. 말 그대로 행성의 모양을 하고 있는 성운이라는 의미에서 행성상 성운이라는 이름을 얻게 된 것입니다.

행성상 성운의 크기
행성상 성운은 본래 별의 질량과 비례합니다. 원래의 별이 클 수록 행성상 성운의 크기도 커지게 됩니다. 다만 일정정도 이상의 질량을 가진 별의 경우 행성상 성운을 형성하지 않고 중심의 핵이 가지는 온도와 밀도에 의해 중성자성의 단계로 가게 됩니다..

 

The Ring Nebula 이미지출처 NASA

행성상 성운의 빛

행성상 성운은 행성이 그런 것처럼 폭발한 별의 성분에 따라 발산하는 빛의 색이 달라집니다. 보통 성운의 내부에 산소가 많으면 청록이나 푸른색, 황과 산소의 혼합물이 많으면 노란색으로 달라지게 됩니다. 별이 폭발하면서 주변으로 흩어진 가스나 먼지의 성분이 각각의 부분에 따라 다르다면 해당 부분의 성분에 따라 하나의 별에서 만들어진 행성상 성운이라도 빛의 색깔은 여러 가지가 될 수 있습니다. 대표적인 예가 바로 The Ring Nebula 입니다. 이 행성상 성운은 중심부는 푸른색이지만 외부로 갈수록 붉은색이 보이는데 이것은 성운에 분포하고 있는 성분의 바깥쪽과 안쪽이 다르기 때문입니다. 핼릭스 성운의 경우는 전체적으로 푸른색을 보여주는 산소 성분이 퍼져있지만 중간중간 산소와 황의 혼합물이 분포되어 모여있기 때문에 푸른 배경에 노란 별이 떠 있는 것과 같이 보이게 된 것입니다.

하지만, 별빛의 색은 여러 가지 다른 화학작용으로도 영향을 받기 때문에 반드시 성분만으로 구분 지어진다고 할 수는 없습니다.

 

The Ring Nebula에는 중앙부에 밝은 빛이 없는데 헬릭스 성운에는 있어 왜 그런 걸까?

같은 행성상 성운이라도 관찰을 해보면 약간의 차이가 있습니다. 어떤 행성상 성운은 중앙부에 밝은 별이 빛나 보이지만 어떤 행성상 성운은 중앙부에 그런 것이 보이지 않는 경우가 있는 것입니다. 이것은 행성상 성운이 만들어지기 전, 그러니까 별의 폭발이 일어날 때 그 별의 질량이 어떠했는가와 큰 관련이 있습니다. 질량이 큰 별들은 수축과 팽창과정에서 폭발이 일어나더라도 양의 구성성분이 존재하기 때문에 중심부에 별과 관련한 물질들이 중심부에 잔존물이 조금 더 밀도 있게 모여있게 됩니다.

 

이것들을 클러스터라고 부르는데 이 클러스터가 서로 가까이에서 존재하고 있기 때문에 멀리서 보면 하나의 덩어리로 보이게 됩니다. 이 덩어리를 구성하는 물질들의 밀도가 높아서 반사광을 낼 때에도 더 밝게 보이게 되는 것입니다. 반면 질량이 그에 미치지 못하는 별이 폭발하는 경우는 중심부의 클러스터를 형성하지 못한 채 흩뿌려지게 되기 때문에 중심부에 별도로 빛나는 것이 보이지 않은 채로 넓은 면적에 가스와 빛이 분산되는 형태를 이룹니다. 이것이 The Ring Nebula과 헬릭스 성운이 중심부가 다른 이유라고 할 수 있습니다.

 

따라서 헬릭스 성운의 중심부에 있는 빛나는 물질들도 별은 아니며, 이전 별이 폭발하면서 남은 잔존물이라고 볼 수 있습니다.

 

행성상 성운이 별의 잔해라면 이후 행성상 성운은 사라지나?

별이 폭발하면서 기본적으로는 별이 죽은 것이라고 할 수 있습니다. 하지만 별이 죽은 다음 우주 안에 존재하게 되는 잔존물들은 그대로 그 상태를 유지하기만 하거나 혹은 완전히 소멸하는 단계로만 가는 것은 아닙니다. 우주공간에서 일정한 밀도와 압력을 유지한 채 펼쳐져 있는 상태로 존재하는 행성상 성운은 이후 이 균형상태가 깨지는 요인이 발생하게 되면 백색왜성으로 변화하기도 합니다. 백색왜성에 대해서는 참조할만한 글에 링크를 걸어두었으니 참조해 주세요,

 

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