별의 진화–어디까지 사실일까?

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star별은 핵융합 반응으로 스스로 빛을 방출하는 항성이다. 별은 중심에서 수 소가 헬륨으로 변환되는 핵융합과정으로 고온의 에너지가 생성되는데, 이때 밖 으로 향하는 방출압력과 항성 내부로 당겨지는 중력이 균형을 이뤄 구형의 가스체를 유지하는 것으로 본다. 이러한 이해를 기초하여 별의 수명은 핵융합의 연료인 수소 가스를 모두 소모하게 되는 기간으로 추산한다. 오늘날 항성의 진 화 분야에서는 별의 생성에서부터 종말까지를 다루며, 진화천문학자들은 모든 항성이 그림과 같이 탄생으로부터 성장과 죽음의 과정을 거치는 것으로 여긴다.

태양 크기의 별들은 중심에서 수소의 연소가 어느 정도 끝나가면서 외부로 뿜어내는 방출압력이 약해지고 그결과로 중력과의  균형이 깨지게 된다. 이 과 정에서 예상되는 물리적인 현상이 간단하지 않지만 결국 내부 물질들은 자체 붕괴를 일으킬 것이다. 중력의 수축으로 별의 중심 온도가 다시 올라가면 헬륨 의 핵융합 반응을 점화시키고, 방출압력이 다시 상승하면서 급팽창을 일으켜 서 거성(Giant)이 된다는 설명이다. 그 후 연료의 고갈로 더욱 불안정한 상태에 이르게 되면, 바깥 부분은 팽창해버리고, 중심은 붕괴하여 백색왜성이라는 종 말 단계를 맞는다는 것이다.

한편, 태양 보다 훨신 큰 거대 항성의 경우는 적색 초거성을 거쳐서 초신성(super nova) 폭발 후 중성자 별이 되거나 무한대의 중력의 당김(gravitational warp)으로 블랙홀이 되는 것으로 생각한다. 그 마지막 단계에서 별들이 뿜어낸 잔재들은 우주 공간에 남겨지게 되고,  이 물질들이 다시 다음 세대 별을 탄생 시킨다는 것이다.  이러한 이야기가 어떤 과학적 데이터로부터 나온 것이며, 또 검증 가능성 이 조금이라도 있는 것일까?  잘 아는 바와 같이 별들은 지구로부터 매우 먼 거 리에 있다. 태양같이 가깝다고 하여도 접근할 수 없는 고온의 가스체이다. 그러므로, 직접 관찰하거나 탐사가 불가능하다. 우리가 얻을 수 있는 자료는 오직 별빛이고 그 빛이 유일한 연구대상이다.

천문학자들은 스펙트럼을 이용 해서 별빛의 특성을 연구하고 별의 표 면온도와 밝기(광도)를 추정해낸다. 1900년대 헤르츠스프렁(Hertzsprung) 과 러셀(Russell)은 별들의 온도와 광도 를 조사하여 좌표에 표시 했고, 이를 토대로 별들의 특성을 한 눈에 볼수 있도록 HR도표를 만들었다. 이 도표의 좌측 상단은 매우 뜨겁고 밝은 별 이, 우측 하단에는 온도가 낮고 밝기 가 어두운 별이 놓이게 된다. 진화론 자들은 이 도표를 통하여 별들의 진화과정을 예측할 수 있다고 주장한다.

분명, 우리가 관측하는 많은 별들은 서로 다른 다양한 색깔과 밝기를 갖는다. 주계열에 있는 별들은, 푸른 별일수록 굉장히 밝은데, 이런 별들은 고온의 에너지를 다량 방출하기 위해서 많은 양의 수소를 소모하고 있을 것이므로, 질 량이 큰 항성임을 예측할 수 있다. 반면, 붉고 어두운 별들은 그만큼 에너지 방 출량이 적으므로 질량도 작을 것이다. 그외 특이한 별들은 표면온도에 비해서 방출되는 에너지의 양이 현저히 커 서 밝게 빛나는 것들이다. 이들은 아마도 매우 거대해서 비교적 낮은 온도임에 도 불구하고 전체 표면적으로 방출되는 빛의 양이 많을 것이라고 추측한다. 이 그룹은 표면온도에 따라 초거성과 적색거성으로 구분된다. 반대로, 표면온도 에 비해서 매우 어둡게 보이는 별들이 있는데, 크기가 매우 작기 때문이라고 여 기며, 이들을 백색왜성이라고 부른다.

이와 같이 별의 크기와 질량을 HR 도표로부터 추정할 수 있으며, 비슷한 물리적 특성을 갖는 별들을 분류하도록 돕는다. 하지만, 이러한 분류가 곧 주계열 별들이 오랜 시간 후에 초거성이나 거성 단계로 진행해 온 것인지, 그 후 백색왜성이 나 중성자 별 또는 블랙홀로 종말을 맞게 된 것인지 그 과정을 말해주지는 않는다. 그것은 그 누구도 관찰할 수도 없고, 실험할 수도 없는 가상적인 추측일 뿐이다. 우리가 관찰하는 것은 다양한 밝기와 다양한 색깔의 빛을 내는 별들이 존재하고 있다는 것이다. 처음부터 여러 종류의 항성들로 창조된 것인지, 길고 긴 세월동안 주계열 별들이 탄생하고, 그것이 거성단계로 진화해간 것인지 검증할 수 없다. 특별히 이 도표가 보여주는 사실은 우주에 있는 별들의 특성치 분포가 균일하지 않다는 것이다. 은하에는 주계열 별들이 현저히 많으며, 이는 빅뱅 모델이 요구하는 균일한 우주에 정면으로 반대되는 결과이다. 또한, 진화적인 연대로 말해서 백색왜성의 수명이 최소 수백억 년에서 1조 년을 넘는 것으로 추정되므로, 정말로 항성이 진화의 과정을 반복해왔다면, 우리는 은하계에서 무수히 많은 백색왜성을 관찰할 수 있어야 한다. 하지만 실제는 매우 드물다. 또한, 진화론적인 장구한 연대는 수없이 많은 초거성들이 폭발하여 무수한 초신성을 발생시켰어야 한다. 따 라서 은하 내에는 매우 많은 초신성 잔해가 존재해야 한다.  그러나 실제로는 수천 년에 해당하는 양만 관측되고 있다. 이처럼 실제 관측은 우주가 별의 진화를 허용 할만큼 긴 시간이 흐르지 않았음을 암시한다. 결국, 항성의 진화는 먼지와 가스로 이뤄진 성운(stellar nebula)으로부터 별이 탄 생하는 것으로부터 시작되고, 폭발로 마감하여 다시 성운을 남기는 순환이며, 장구한 시간의 주기적 반복을 의미한다. 그러나 과학자들은 가장 가까운 별, 태양의 중심에서 일어나는 핵융합 과정조차도 완전히 이해를 못하고 있다. 뿐만 아니라 별의 탄생에서 가장 치명적인 문제는 수소를 연소시킬 만큼의 거대한 초고온 가스체가 어떻게 성운으로부터 형성될 수 있는지에 대한 이해가 매우 불투명하다는 것이다. 자연주의 하에서 과학은 별의 탄생을 위해 필요한 막대한 양의 수소와 헬륨을 포함한 물질이 어디서부터 왔는지 설명할 길이 없다. 그러므로 항성의 진화는 첫 단계부터 실험과학으로 입증할 수 있는 내용이 아니며, 많은 추측과 가정을 바탕 으로 연결된 드라마와 같은 이야기이다. “너희는 눈을 높이 들어 누가 이 모든 것을 창조하였나 보라 주께서는 수효대로 만상(starry host)을 이끌어 내시고 그들의 모든 이름을 부르시나니 그의 권세가 크고 그의 능력이 강하므로 하나도 빠짐이 없느니라”(사40:26)


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