최초의 별들

우주의 무거운 원소들을 창조했고, 오늘날 존재하는 은하들의 씨앗을 남긴 거대한 원시별들이 탄생했습니다. 원시별들의 필요성은 1970년대에 처음으로 인식됐습니다. 2002년 과학자들은 원시별들이 어떻게 암흑물질의 매듭 주위에 합쳐질 수 있었는지 보여주었습니다. 원시별들은 오늘날 우리가 알고 있는 우주를 탄생 시키는 데 결정적 역할을 했습니다.

 

원시별들의 탄생

초기 우주를 뒤덮었던 고온의 안개가 걷히면서 우주는 암흑시대라 불리는 빛이 없는 시대에 진입했습니다. 그 결과, 이전에는 정상물질들이 중력의 끌림으로 서로 뭉치는 것을 막아 줬던 복사 압력이 갑자기 사라졌다. 수소와 헬륨이 우세하고 리튬과 베릴륨 같은 더 무거운 원소들은 미량만이 존재하던 상황에서, 물질은 우주 탄생 이후 이미 형성되기 시작했던 암흑물질의 매듭 주위로 달라붙기 시작했습니다. 컴퓨터 모델링과 관측된 증거들을 살펴보면, 이들은 은하와 같은 복잡한 구조를 만들어 내기 보다는 엄청나게 무거운 원시별들을 만들어 냈음을 알 수 있습니다.

 

거대한 원시별의 시대

이러한 거대한 원시별들이 필요한 한 가지 이유는 오늘날 우리가 볼 수 있는 가장 오래된 별들이 만약 그들이 우주의 원재료로부터 직접 만들어졌다고 가정하면 설명될 수 있는 것보다 더 많은 무거운 원소를 가지고 있기 때문입니다. 따라서 최초의 은하들을 위한 원재료 안에 무거운 원소들의 씨앗을 뿌려 줄 수명이 짧은 별들의 탄생이 선행돼야 하는데, 이 별들이 소위 종족 3 별들입니다.

 

종족 3과 같은 별이 필요하다는 사실은 1970년대 후반 처음으로 인식됐으나, 1990년대가 돼서야 최초의 은하들의 깊숙한 부분을 살펴봄으로써 그들이 이미 무거운 원소들을 풍부하게 가지고 있다는 것을 알게 됐고, 그 결과 종족 3 별들을 우주 진화에 있어서 별개의 단계로 간주할 수 있게 됐습니다.

 

2002년 볼커 브롬, 파올로 S. 코피 그리고 리처드 B. 라슨은 대폭발이 일어난 지 1억 5천만 년 정도가 됐을 때 이러한 별들이 형성될 수 있는 조건들을 자세히 분석한 논문을 발표했습니다. 그때는 상대적으로 따뜻한 상황이었기 때문에 원시별들을 만들어 낸 가스들은 매우 빠르게 운동하므로 별들에 포획되기 어려웠지만, 그들은 암흑물질 핵 주위의 가스 매듭이 개별 수소 원자들이 분자로 결합되는 과정을 통해서 냉각될 수 있다는 것을 보여 줬다. 이 느리게 움직이는 분자들은 다시 원시별로 결합할 수 있었는데, 이 원시별들은 스스로 점점 뜨거워짐에 따라 다시 쪼개지기 전에 주위에 있는 기체들을 더 많이 끌어당길 수 있을 만큼 강한 중력을 가지고 있었습니다. 결국, 핵융합이 수소를 헬륨으로 변화시키기 시작했지만, 새롭게 태어난 별 내부에 무거운 우너소들이 부족했기 때문에 핵 용광로의 맹렬함을 억누르고 거대한 크기로 자랄 수 있었습니다. 그러한 별들은 태양 질량의 수백 배에 달하는 질량을 가졌는데, 오늘날 존재하는 그 어떤 별보다 더 큰 것이었습니다. 그럼에도 불구하고, 그렇게 거대한 별들은 연료를 엄청난 비율로 소모했고, 따라서 나이가 들고 죽어감에 따라 헬륨을 더 무거운 원소로 변화시켰습니다.

 

최초의 초신성

원시별들이 탄생하고 수백만 년 내에 그것들은 그 중심부에 있는 연료를 모두 소모했습니다. 내부로부터 외부로 방출되는 복사 압력이 사라지면서 그것들은 수축됐고, 오늘날 우리가 알고 있는 그 어떤 초신성 폭발보다 더 강력한 초신성 폭발이 일어났습니다. 그러한 거대한 초신성의 정확한 크기에 대해서는 아직 논쟁 중인데, 어떤 이론은 초신성 폭발로 인해 별이 완전히 파괴됐기 때문에 블랙홀조차도 남지 않았을 것이라 주장하고, 또 다른 이론은 태양 질량의 수십 배에 달하는 블랙홀을 남겼을 것이라 반박합니다.

 

 

오늘은 최초의 별들에 대해 포스팅해 보았습니다. 현재의 우주를 탄생시킨 원시별들과 초신성 폭발에 관해 알아낸 것도 신기하지만 여전히 논쟁 중인 초신성의 정확한 크기를 알게된다면 그것도 신비로울 것 같습니다.

 

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