가장 무거운 별 후보, R136a1/2/3…우주정거장 6개월에 0.007초 느리게 흐른다

가장 무거운 별 후보

가장 무거운 별 후보, 우주정거장의 시간은 6개월에 0.007초 느리게 흐른다

가장 무거운 별 후보? 우리는 매일 아인슈타인을 만난다

아인슈타인의 상대성이론에서 시간과 공간은 변한다. 빠르게 움직이는 물체 속에서 시간은 느리게 흐른다는 명제는 이론적으로 시간 여행을 가능하게 했다. 빛의 속도에 가깝게 움직이는 로켓을 타고 우주여행을 가면 로켓 속 시간은 천천히 흐른다. 지구의 시간은 그대로다. 다시 로켓의 방향을 지구로 돌려 돌아오면 우주비행사는 먼 미래에 도착할 수 있다. 실제 초속 7.7㎞로 움직이는 국제우주정거장에서 6개월 보낸 사람은 지구에 있는 사람보다 약 0.007초 정도 덜 늙는다고 한다. 우주정거장 속 시간이 천천히 흐른 거다.

아인슈타인의 상대성원리가 응용된 분야는 생활 속에서 쉽게 찾을 수 있다. 바로 내비게이션, 지도 검색 등에 이용되는 위성항법장치(GPS)다. 비행기·선박·건축 등 GPS는 이제 필수적인 기술이 됐다. 위치정보는 고도 2만㎞에서 시속 1만4000㎞의 속도로 움직이는 GPS 위성으로부터 받는다. 아인슈타인의 상대성이론에 따르면 속도가 빠를수록, 중력이 강할수록 시간은 천천히 흐른다. 연구에 따르면 위성의 시간은 하루에 1000분의 7초씩 느려진다고 한다. 이 오차를 상대성이론에 기반해 수정한다.

가장 무거운 별 후보

디지털 카메라, 태양전지 등엔 아인슈타인에게 노벨상을 안겨줬던 광량자 가설이 응용된다. 광량자 가설은 빛이 입자의 성질을 띠고 있다는 것인데, 알갱이가 금속판을 때리면 전자가 튕겨 나가는 광전 효과를 설명한다. DVD·바코드·홀로그램 등에 사용되는 레이저도 아인슈타인의 아이디어에서 출발했다. 아인슈타인은 지금 우리 생활 곳곳에 살아 숨쉬고 있다.

우주에는 다양한 별들이 있다. 그리고 별들은 저마다 밝기나 크기, 그리고 수명이 다르다. 이 모든 것을 결정하는 별의 가장 중요한 물리량은 바로 질량이다. 그러면 별의 질량은 대체 얼마나 커질 수 있는 것일까? 천문학자들은 별의 한계질량을 태양질량의 150배 내외로 추정하고 있다.

현재 발견된 별들 중에서 가장 질량이 큰 별은 대마젤란은하 내에 있는 R136 성단 안에 있는 R136a1이다. 대마젤란은하는 남반구 하늘에서 볼 수 있는 황새치자리 방향으로 16만 광년 거리에 있는 우리 은하계의 이웃은하이다. 사진은 허블우주망원경으로 촬영한 대마젤란은하내의 독거미성운(Tarantula Nebula) 속에 자리 잡고 있는 R136 산개성단의 모습이다.

이 성단에는 질량이 큰 별들이 많이 있는데, 태양 질량의 100배 이상이 되는 별만 해도 20개나 될 정도로 많다. 특히 이 성단 내에 있는 R136a 성단은 한때 태양질량의 1000~3000배에 이르는 아주 무거운 천체로 인식되었으나, 홀로그램 반점 간섭기로 분석한 결과 여러 개의 별들이 빽빽하게 뭉쳐진 성단임이 밝혀졌다.

우주에는 한 은하 안에만 해도 천억 개 이상의 별들이 존재한다. 그렇지만 질량이 큰 별들, 특히 태양 질량의 100배 이상의 질량을 갖는 별은 드물다. 하지만 이 보다 더 큰 질량을 가진 별들이 다수 발견되어 있다.

다음은 목록은 현재까지 발견된 질량이 큰 별들을 순서대로 늘어놓은 것이다. 하지만 이 표에 제시된 별의 질량은 확실한 값은 아니다. 이 값들은 여러 가지 측정값과 이론식을 이용하여 복잡한 계산을 거쳐서 얻어졌는데 여기에 사용된 측정값이나 이론식은 모두 수정될 수 있다.

사실 이 별들 대부분은 지구로부터 수천 광년 너머에 홀로 있는 별들이어서 질량 측정에 어려움이 있다. 그리고 무거운 별들은 중력을 주체하지 못하고 불안정하여 주변으로 분출된 많은 가스들이 둘러싸고 있어서 별의 표면 온도나 밝기 등을 측정하기 어려운 점을 안고 있다. 이러한 이유들로 인해 위의 값들은 앞으로의 연구 결과에 따라 재조정될 여지가 많이 있다.

마젤란성단의 R136a1은 R136 성단에서 가장 큰 별이다. 이 별은 극대거성이자 울프-레이에 별(Wolf-Rayet Star)로, 태양질량의 256배의 질량을 갖는 것으로 추정되고 있다. 울프-레이에 별은 태양질량의 20배 이상 되는 별들이 나이를 먹으면서 진화한 별로, 강력한 항성풍을 통해서 자신의 질량을 잃어버리고 있는 별을 지칭한다. R136a1은 자신의 질량의 상당부분을 우주 공간으로 날려버린 것으로 추측되고 있다.

한편, 우리 은하계 내에서 가장 질량이 큰 별들이 모여 있는 곳은 우리 은하의 중심부인 궁수자리 은하핵에 위치하고 있는 아치스 성단이다.이 성단 안에는 태양 보다 반경이 더 크고, 질량도 더 큰 별들이 약 150개 정도 모여 있다. 그중에는 태양질량의 100배 이상인 별도 3개(F1, F6, F9)나 있다. 이 별들은 질량이 큰 별 목록의 최상단에 속해 있는 별들이라고 전해진다.

온라인 중앙일보
'가장 무거운 별 후보' [사진 중앙포토]