별의 온도에 따른 색과 적색거성,백색왜성

별의 색깔이 정해지는 이유

먼저 지구에서 바라보는 밤하늘의 별은 어둠 속에서 다 하얗게 반짝이는 걸로만 보입니다. 하지만 정작 우주의 사진을 검색해 보면 알록달록 아름답습니다. 적색 거성, 백색왜성의 이름만 보아도 적색,백색 처럼 색으로 구분 지어지는 것을 알 수 있습니다. 별에도 컬러가 있다는 말이죠! 그렇다면 별의 색상은 어떤 기준으로 달라지는 걸까요? 바로 온도와 관련이 있는데요 쉽게 생각하면 촛불에도 온도에 따라 푸른빛과 붉은빛으로 나눠지는 것처럼 별에도 온도에 따라 색상이 나눠진다고 합니다. 우주에는 가스와 먼지들이 모여있고 그것들이 모이게 되면 점점 커지면서 핵융합으로 인해 별이 됩니다. 그리고 별은 핵융합에 의해서 스스로 열과 빛을 내는 존재이죠. 즉 열에너지와 빛을 방출하는 덩어리라고 말할 수 있겠죠.

그 방출하는 열에너지의 온도에 따라서 색상이 구분 지어 지는데 그 온도가 바뀌는 기준은 3000℃ 이상부터 붉은빛을 띠는 적색왜성 그리고 약 6000℃부터는 태양처럼 노랗게, 그리고 8000℃에서는 하얗게 빛나고, 1만℃를 넘으면 푸르스름한 흰색 빛을 내는 백색 왜성이 됩니다. 별의 온도가 낮을수록 붉은빛, 높을수록 점점 푸른빛을 띱니다.

적색거성 red giant

적색거성은 표면온도가 비교적 낮아 붉은빛을 띠고 있으며 앞선 포스팅에서 말했던 듯이 수소 연소가 끝난 후 헬륨 연소 과정으로 크기가 굉장히 커진 별입니다. 질량은 보통 태양의 절반 또는 그 이하라고 합니다.
대표적인 적색거성으로는 오리온자리의 베텔기우스가 있고 그 외에 전갈 자리의 안타레스, 고래자리의 미라가 있습니다.

그리고 가장 가까운 적색거성은 남십자자리 감마라고 합니다.

간혹 적색거성보다 더 차가운 별이 보이는데 그것들을 갈색왜성이라고 부르기도 한다고 합니다.

이 갈색왜성들은 질량이 작아 수소를 헬륨으로 핵융합 할 수가 없다고 합니다. 하지만 갈색왜성의 질량이 목성의 13배를 넘기게 되면 중수소를, 65배가 넘으면 리튬을 핵융합 할 수 있다 여기고 있습니다

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백색왜성 white dwarf

백색왜성은 적색거성의 과정을 거쳐 별의 생애 중 마지막에 해당하는 과정입니다. 핵융합 연료의 고갈로 중력이 수축하고 부피가 함께 줄어들면서 밀도는 매우 높아집니다. 백색왜성은 다른 별들에 비해 이제 점점 약해지고 있는 모습이라고 볼 수가 있습니다 그래서 비교적 별의 밝기는 어두운 편입니다. 또 하나의 재미있는 점이 백색왜성이 결국은 흑색 왜성이 된다는 사실이에요. 백색왜성이 된 별은 연료가 고갈되니 온도가 낮아지며 점점 식어져서 빛을 낼 수 없게 되는데 그 상태를 흑색 왜성이라 부릅니다. 마치 생명력을 다 한 별이라고 할 수 있죠 하지만 아직까지 별들이 흑색 왜성이 되기까지의 시간보다 현재 우주의 나이가 더 어리기 때문에 흑색 왜성은 아직까지 보지 못한다고 합니다. 그리고 현재의 백색왜성들도 아무리 오래되고 점점 식어서 온도가 낮아졌다 하더라도 여전히 수천 도의 온도라고 합니다. 현재까지 발견된 가장 차가운 백색왜성의 온도는 3900 켈빈 정도라고 합니다. 지구와 가장 가까이에 자리 잡은 시리우스의 동반성이 대표적인 백색왜성입니다.

 

*켈빈-kelvin (절대온도) :

온도의 SI 단위이다. 켈빈은 절대 온도를 측정하기 때문에, 0 K은 절대 영도(이상 기체의 부피가 0이 되는 온도)이며, 섭씨 0도는 273.15K에 해당한다. 상대온도의 단위로는 섭씨도와 같다. 켈빈 경의 이름을 땄으며, 기호는 K다

- 출처 위키백과 -

 

별들의 색깔과 해당 별들

별들이 그렇다고 적색, 백색만 있는 것은 아닙니다. 별들의 온도에 따른 방출 스펙트럼에 의해 다양한 색이 결정지어지는데 온도가 가장 낮은 적색(M형)부터 높은 청색(O형)까지의 색의 종류와 순서는

적색(M형) - 주황색(K형) - 황색(G형) - 황백색(F형) - 백색(A형) - 청백색(B형) - 청색(O형) 순서입니다.

적색부터 청색으로 가면서 온도가 점점 높아진다고 생각하면 됩니다. 적색에는 온도 3천 이하의 베텔게우스, 안타레스. 주황색에는 폴룩스, 알데바란, 아르크투루스, 황색에는 5천~6천 사이인 우리와 가장 친숙한 별인 태양과 카펠라, 황백색에는 6천~8천 사이의 카노푸스, 프로키온, 백색에는 8천~1만 2천 사이의 시리우스, 알타이르, 청백색은 1만 2천~3만의 하다르, 아케르나르 그리고 3만 이상인 청색에는 멘카스, 람다오리오니스가 해당합니다. 별의 색상 스펙트럼에서 청색부터 적색까지 순으로 O, B, A, F, G, K, M으로 표기하는 데 쉬운 암기를 위해서 ‘Oh! Be A Fine Girl, Kiss Me.’이라고 읽기도 한다는 꽤나 재미있고 로맨틱한 이야기도 있다고 합니다.

 

정리를 마치며

우리의 지구에 생명을 불어넣어 주는 소중한 존재인 현재의 태양은 오랜 시간이 지난 후 (대략 70억 년 내로) 적색거성이 될 테고 또 아주 먼 시간이 흐른 뒤에는 결국 백색왜성이 될 것입니다. 아주 긴 우주의 시간 중에서 현재의 태양이 있는 지구에 현재를 살아간다는 것이 소중하게 느껴집니다. 또한 별의 진화 과정은 인간의 생애와 매우 닮아있다고 생각됩니다. 인간도 언젠가는 생명이 다 하여 스스로 생각하고 움직일 수 없게 될 때가 분명히 오는 것 처처럼 별들도 아주 긴 시간이지만 비슷한 진화를 겪으며 열심히 빛을 내다 소멸하는 것처럼요. 우리는 모두 인간이라는 별로서 각각의 적색왜성의 시기 또는 백색왜성의 시기를 살고 있지 않을까 생각됩니다.