별의 신비. 초신성이란 무엇일까?

초신성은 신성보다 더 많은 에너지를 내뿜는 별의 폭발을 의미한다. 초신성은 사실 별이 죽어가는 모습이지만 우리가 보기에는 한동안 새로운 별이 나타난 것처럼 보이기 때문에 초신성이라고 불린다. 우리나라에서는 잠시 머물렀다 사라진다는 의미로 객성(客星, 손님별)이라고 불렸다. 초신성이 발생할 때 나오는 에너지는 은하를 구성하는 별 수천억 개를 모두 합친 것과 맞먹는 밝기이다. 우리가 관측할 수 있는 이 밝기조차도 초신성이 내놓는 실제 에너지에서 고작 1%에 불과하다. 나머지 99%의 에너지는 물질과 거의 반응하지 않는 중성미자로 방출한다. 초신성이 지구-태양거리의 2배인 2AU 이내의 거리에서 폭발할 경우,  중성미자 피폭만으로도 죽을 수 있을 정도의 에너지를 가지고 있다. 우리은하에서는 1604년 이후 초신성이 관측되지 않았지만 망원경의 보급으로 멀리 있는 외부은하에서 나타나는 초신성들이 많이 관측되었으며, 여기에는 아마추어 천문학자들이 큰 역할을 하였다. 초신성이 어느 은하에서 언제 나타날지는 아무도 예측할 수 없기 때문에 초신성 관측은 망원경으로 어떤 은하를 관측하면서 이전에 찍은 사진과 비교해보는 방식으로 이루어졌다.표면에선 매초 손톱만한(1제곱센티미터) 면적에 7백억 개씩 뿜어져나오며, 그중 300만 개가 매초 인체를 지나가는데도 전혀 반응하지 않을 정도로 반응성이 떨어지는 게 중성미자이다. 물론 2AU가 아니라 몇 광년 더 멀리 떨어져있어도 감마선과 X선으로 지구는 폭삭 익어버리게 된다. 초신성의 종류를 살펴보자. 첫번째로 I형 초신성이 있다. I형 초신성의 스펙트럼에는 수소선이 나타나지 않는다. 처음에는 이러한 성질을 가지고 I형과 II형을 분류했으며, 오늘날엔 기타 세부적인 특징과 생성 과정에 따라서 아래와 같이 3가지의 부수 유형이 알려졌다. 참고로, 위에 있는 문자는 I(아이)가 아니라 로마 숫자 1이다. 그러니까 “1(일)형 초신성”이다. 그 다음 Ia형 초신성은 동반성을 가진 백생 외성 이 동반성의 물질을 흡수하다가 찬드라세카르 한계(태양 질량의 1.44배)를 넘게 되면 전자축퇴압이 더이상 버티질 못하고 붕괴하는데, 이때 엄청난 열이 발생하여 열핵 반응을 일으키게 된다. Ia 초신성은 II형 초신성보다 훨씬 강력한 폭발을 일으킨다. 모든 Ia형 초신성은 같은 임계질량에서 폭발하기 때문에 밝기가 일정하므로 지구와의 거리가 어느 정도인지 쉽게 알 수 있다. 참고로 이렇게 밝기를 알아낼 수 있는 천체를 천문학에서는 표준 촉광(Standard Candle)이라고 부르며 그 천체가 있는 곳까지 이르는 거리를 밝히는 결정적인 단서이다. 초신성을 이용한 방법은 130억 광년이 넘는 우주론적 거리에도 적용될 수 있는 반면, 세페이드 변광성을 이용한 거리 측정이 대략 1억 광년 이내에 있는 은하에 대해서 가능하다. 현재 우주가 가속 팽창하고 있다는 사실도 la형 초신성을 이용한 연구로부터 얻은 관측 결과라고 볼 수 있다. 찬드라세카르 한계를 넘는 순간 전자축퇴압은 더이상 중력붕괴하는 백색 왜성을 지탱하지 못하게 된다. 스스로의 중력으로 수축하며 백색 왜성의 온도는 탄소 핵융합을 할 수 있는 정도까지 올라가는데, 이는 결국 백색 왜성은 폭주하는 핵융합으로 스스로를 날려버리게 된다. 이때 규소, 칼슘 등을 많이 방출하고 내부에서는 철을 대량으로 뿌린다. 극 내부의 일부는 철보다 더 무거운 원소들도 생산되어 내뿜으므로,  우주의 중원소 비율에 상당 부분 기여하고 있다. 이렇게 Ia형 초신성 폭발 뒤 백색 왜성은 팽창한 가스 외에 아무런 잔해도 남기지 않는다.