백색 왜성은 어떤 별인가?

별은 일단 적색 거성이 되면 조용한 일생을 유지시켜 주던 융합 에너지를 대부분 소모하게 된다.

특히 팽창한 이후로는 그때까지보다도 더 빨리 융합 에너지를 소모한다.

그리하여 겨우 몇백만 년만 지나면 더 이상 팽창할 수 없게 된다.

적색 거성이 오랫동안 그 상태를 유지한다면 그들은 하늘 여기저기에 흩어져 있어야 할 것이다.

그러나 실제로 적색 거성의 수는 매우 적다.

이것은 적색 거성이 비교적 짧은 시간 동안 존재 하다가 사라져 버렸다는 걸 의미한다.
적색 거성은 팽창하는 데 필요한 에너지를 계속 공급받지 못하면 수축하여 원래 별보다 훨씬 더 작아져서 난쟁이별(왜성)이 된다.

 

별까지의 실제 거리를 최초로 알아냈던 베셀은 1844년에 시리우스의 움직임을 연구하고 있었다.

일반적으로 별들의 고유 운동은 매우 느리며 직선적이다.

그러나 시리우스는 그렇지 않았다.

베셀은 시리우스가 파동형으로 움직이는 것을 발견했다.

베셀은 이 별난 움직임을 연구한 결과 이처럼 한 별의 운동을 눈에 띌 만큼 벗어나게 할 수 있는 힘은 오직 다른 별의 중력밖에 없다는 결론을 내렸다.

이들은 직선으로 움직이는 것이 아니라 공통의 중력 중심에 대해 서로 원을 그리며 움직인다.

즉, 중력 중심의 한쪽 끝에 시리우스가, 그리고 다른 한쪽 끝에 그의 동반성이 있을 것이다.

그러면 왜 베셀은 시리우스의 동반성을 발견하지 못했을까?

당시로서 가장 논리적인 결론은 동반성이 이미 다 타 버린 별이라는 것이었다.

베셀은 별의 에너지원이 모두 소모되어버린 후여서, 시리우스의 동반성은 어둡고 차갑지만 원래의 질량을 가진 상태로 중력 중심을 돌고 있다고 생각했다.

그후 1862년에 미국의 천문학자 앨번 그레이엄 클라크는 새 천체 망원경을 검사하던 중 시리우스 주위에서 반짝이는 희미한 불빛을 발견했다.

광도는 7.1이었다.

이것은 밝기가 시리우스의 1/8000 밖에 안되서 천체 망원경 없이는 관찰할 수 없었다.

그후로는 이 별을 '시리우스의 희미한 동반성'이라 고 불렀다.

 

시리우스는 시리우스 A, 그의 동반성은 시리우스 B 라고 불렀다.

시리우스 A에 미치는 영향을 토대로 계산하면 시리우스 B의 무게는 태양과 비슷하지만 밝기는 1/130 밖에 안 된다.

시리우스 B의 밝기가 태양의 1/130이라면 시리우스 B는 차가우며 적색으로 빛나야 하는데, 실제로는 시리우스 A처럼 백색으로 빛난다.

1915년에 최초로 금성의 대기에 이산화탄소가 있음을 받긴 했던 애덤스가 시리우스 B의 스페트럼을 얻었다.

그 결과 놀랍게도 시리우스B의 표면 온도는 섭씨 1만도였다.

이것은 시리우스 A와 같은 수치로, 태양의 표면 온도보다 훨씬 뜨거운 것이다.

이것은 시리우스 B 표면의 일정 부분이 같은 크기의 태양 표면보다 더 많은 빛을 낸다는 것을 의미했다.

그런데 왜 시리우스 B가 태양만큼 밝지 못할까?

그것은 시리우스 B의 표면적이 매우 작기 때문이다.

이로써 시리우스 B는 최초로 발견된 매우 작은 백색 왜성 중의 하나로 밝혀졌다.

현재 이 별의 지름은 지구보다도 작은 11,500km쯤으로 알려져 있다.

그러나 질량은 태양과 비슷해서 시리우스 A를 정상적인 경로에서 벗어나게끔 하기에 충분한 중력을 발휘한다.

그러면 어떻게 태양 크기의 질량을 행성 크기의 부피 속으로 쑤셔 넣을 수 있을까?

시리우스 B의 밀도는 1세제곱센티당 약 33,000킬로그램으로 지구상에서 가장 밀도가 높다고 알려진 원소 '오스뮴'의 약 150만 배에 해당한다.

더욱이 시리우스 B의 표면 중력은 지구 표면 중력의 약 462,000배이다.

 

태양에서는 핵이 수축 물질이지만 백색 왜성은 별 전체가 수축 물질로 되어 있다.

적색 거성이 수축하여 백색 왜성이 되면 그때 까지 수소를 포함하고 있던 맨 바깥층은 주위 공간으로 날아가 버린다.

처음에는 공 모양으로 별을 둘러쌌다가 점점 퍼져 나가 마침내는 아득히 먼 우주 공간으로 사라져 버린다.

그러나 이제 막 만들어진 백색 왜성은 도넛 모양의 가스에 둘러 싸인 것처럼 보이는데, 이것은 가스 공의 가장자리 부분이 중심 부분보다 빛을 더 잘 흡수하기 때문이다.

이것을 '행성상 성운'이라고 부르는데, 가스가 마치 행성의 궤도를 가득 채우고 있는 것처럼 보이기 때문이다.

별은 백색 왜성이 되면 오랫동안 매우 천천히 에너지를 소비하면서 그 상태를 유지하다가 마침내는 식어서 죽어 버린다.

백색 왜성은 지구에서 가장 가까이 있는 것이라야 겨우 관찰할 수 있을 정도로 희미하다.

 

우주 전체에는 백색 왜성이 약 30억 개나 존재 하는 것으로 추측된다.