별의 탄생과 죽음

별들은 삶의 긴 여정을 끝내고 최후의 순간에 이르러 여러 형태의 죽음을 맞이한다. 별들은 태어나는 순간부터 이미 어떻게 최후를 장식할 것인지 결정돼 있다. 별의 질량이 운명을 결정하는 바로미터인 셈. 무거운 별은 화려하지만 짧은 삶을 살고 가벼운 별은 평범하지만 긴 수명을 누린다. 또 무거운 별은 최후의 순간에도 초신성 폭발과 같은 화려함을 추구하지만 가벼운 별은 내부 에너지를 소진한 뒤 서서히 사그러들고 만다.

태양 정도의 질량을 가진 별은 생의 마지막 단계에서 백색왜성이 된다. 흰색의 조그만 별이란 뜻이다. 그러나 죽기 직전 별의 질량이 태양의 1.4배 이상이 되면 중심부에서 핵융합 반응이 계속 일어나 무거운 원소들이 중심핵을 이루며 바깥쪽 물질을 끌어당긴다. 중심핵이 모여들수록 중력이 커져 크기는 더욱 짜부러든다. 이같은 중력 수축이 급격하게 일어나면 바깥의 가벼운 물질들이 중심을 향해 매우 빠른 속도로 떨어진다. 이 때 발생한 충격파로 인해 별의 바깥 층은 우주 공간으로 흩뿌려진다. 바로 '초신성 폭발'이다.

한편 중심핵의 원자들은 급격한 수축으로 서로 부딪치며 뭉그러진다. 핵과 전자까지 한데 뭉쳐지면 이른바 '중성자성'이 된다. 중성자성이 안정상태를 유지할 수 있는 질량의 한계는 태양 질량의 3배 정도. 만약 중심핵의 질량이 이보다 무거우면 다시 한없이 수축하게 되는데 이를 '중력붕괴'라 부른다. 중력붕괴가 일어나도 중력은 여전히 남아있다. 물질이 차지하는 공간만 없어졌을 뿐 질량은 고스란히 남아있기 때문이다. 이처럼 중력붕괴를 일으키고 난 별이 바로 '블랙홀'이다. 블랙홀은 별의 가장 화려한 최후인 셈.

블랙홀은 무한히 작아지게 돼 있다. 질량이 변하지 않으면서 영원히 작아지기만 할 수 있을까. 천재 물리학자 스티븐 호킹은 이에 대해 '블랙홀은 증발한다'는 답을 주었다. 진공에선 입자와 반입자가 끈임없이 함께 생겨나고 없어지는데 이들 중 하나가 블랙홀에 빠져들지 않고 빠져나올 수도 있다는 것. 이를 '호킹 복사'라 부른다. 호킹 복사가 반복되면 블랙홀은 증발해 없어진다. 블랙홀의 증발은 질량이 작을수록 빨리 일어난다. 블랙홀이 증발할 때 감마선이 방출되지만 세기가 너무 약해 관측은 불가능하다.