[박종진의 과학 이야기] 흑색왜성

박종진

과학의 역사를 돌이켜보면 측정 도구나 기술이 발달하지 않아서 예측 속에 존재하던 것이 나중에 발견되는 경우가 종종 있다. 블랙홀이나 중력파의 발견이 그랬고, 원소주기율표 상의 여러 원소와 힉스 입자도 추측한 후 나중에 발견되었다.  
 
밤하늘을 쳐다보면 무수한 별이 반짝인다. 그러나 별 속에 섞여서 반짝이는 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 등 태양계의 행성은 별이 아니다. 게다가 별처럼 보이기는 하지만 별의 집단인 은하도 있다.  
 
예를 들어 우리 태양이 속한 은하수 은하에는 약 4천억 개의 별이 바글거린다고 한다. 그런 은하가 아주 멀리 떨어져 있으면 우리 눈에는 그저 한 개의 별처럼 보일 뿐이다. 은하가 약 2조 개쯤 모여 비로소 우주를 이룬다고 하니 하늘에서 반짝이는 별의 총수는 지구상 흙 알갱이보다도 많다.
 
그러므로 우주의 기본 구성단위는 우리의 태양과 같은 별이다. 별에는 여러 종류가 있는데 그중에 흑색왜성이란 것이 있다. 물론 이론상의 별이다. 별이란 우주 공간에서 떠돌던 수소 구름이 중력에 의해 뭉쳐져서 핵융합 반응을 하여 빛과 열을 내는 천체를 말한다. 따라서 별을 이룬 수소가 소진되면 생을 마친다.  
 

우리 태양보다 훨씬 큰 별은 종국에는 중성자별이나 블랙홀이 되지만, 그 크기가 우리 태양 정도 되는 별은 주계열성 단계를 지나면 부풀어서 적색거성이 되고 결국 백색왜성이 되어 그 종말을 맞는다.  
 
지금부터 약 45억 년 전에 태어난 태양은 현재 주계열성 단계인데 앞으로 50억 년 후에는 크게 부풀어 적색거성이 되고 나중에 바깥 부분이 성운이 되고 나면 작은 백색왜성이 될 것이다. 그리고 상상할 수도 없는 긴 시간이 지나며 주변의 우주 공간과 거의 같은 온도까지 내려가게 되는데 그때의 상태를 흑색왜성이라고 추측한다.  
 
별이 태어나서 주계열성 단계를 지나 적색거성이 되고 나중에 백색왜성으로 변할 때까지는 현재 우리가 사는 우주에서 관찰되지만, 백색왜성이 식어서 흑색왜성으로 변할 때까지는 현재 우주의 나이보다 훨씬 긴 시간이 필요하다. 또한, 이름에서 풍기는 것처럼 흑색이기 때문에 가시광선으로는 잘 보이지 않아서 설사 그런 별이 있다고 하더라도 관찰할 수가 없다는 한계가 있다.  
 
우주의 암흑물질처럼 중력파에 의해서만 존재를 알 수 있는데 우리 과학 기술은 아직 중력파를 자유자재로 탐지할 수 있는 형편이 아니다.
 
현재 우주의 나이는 약 138억 년이라고 추정한다. 엄청나게 긴 시간이다. 그런데 백색왜성이 식어서 흑색왜성이 되기까지는 과학적인 추산으로 적어도 수백 조년이 걸린다고 한다. 그렇다면 우리 우주에 흑색왜성은 아직 존재하지 않는 것이 맞다. 그저 태양 정도 되는 크기의 별이 생을 다하고 맨 마지막에 이르는 이론적인 단계가 바로 흑색왜성이다.
 
별 중에는 갈색왜성이란 것도 있는데 흑색왜성과는 아무런 상관이 없다. 수소 가스가 중력으로 뭉쳐서 별이 되는 과정에서 우리 태양의 약 10% 정도 크기에 머무르면서 지속적인 핵융합 반응이 일어나지 않는 천체를 갈색왜성이라고 부른다. 쉽게 말해서 별이 되다가 만 별 비슷한 천체를 말한다. 영어 brown을 갈색이라고 번역했는데 사실 우리 눈에는 붉은색이나 오렌지색으로 보인다. (작가)
 

박종진