[놀라운 우주] 죽어가는 별의 ‘마지막 순간’

곽노필의 미래창
650광년 거리 헬릭스성운
50억년 후 태양계의 미래

미국항공우주국의 제임스웹우주망원경이 촬영한 650광년 거리의 헬릭스성운의 일부. 미국항공우주국 제공

지구에서 약 650광년 거리에 있는 헬릭스성운(NGC 7293)을 미국항공우주국(나사)의 제임스웹우주망원경(JWST)으로 정밀 관측한 사진이 공개됐다.

날카로운 눈동자 모양을 연상시킨다 해서 ‘신의 눈’이라는 별칭으로도 불리는 이 성운은 지구에서 관측할 수 있는 가장 가깝고 밝은 행성상 성운 가운데 하나다. 행성상 성운은 말 그대로 행성처럼 둥근 모양이지만, 실제 행성과는 아무런 관련이 없다.

태양과 비슷한 질량의 별은 일반적으로 중심부의 핵융합 에너지를 소진하고 나면 중심부는 중력에 의해 수축하고 그 바깥층은 핵융합을 일으키면서 수백배 크기의 적색거성으로 부풀어 오른다. 이 과정이 끝나면 중심부는 백색왜성이라는 고밀도 천체가 되고, 여기서 나오는 강력한 자외선이 멀어져 가는 가스층을 가열시켜 밝게 빛나게 한다. 이것이 행성상 성운이다. 말하자면 별이 죽으면서 우주에 남긴 잔해다. 앞으로 50억년 후 태양도 핵융합 에너지를 다 소진하면 이런 성운을 만들 것으로 본다.

칠레 아타카마사막의 비스타 천체망원경으로 촬영한 헬릭스성운의 전체 모습(왼쪽)과 이번에 제임스웹우주망원경으로 관측한 영역(오른쪽).

성운을 볼 수 있는 기간은 수만년

행성상 성운이 눈에 보이는 기간은 수만년이다. 이유는 크게 두 가지다. 첫째는 성운을 구성하는 가스가 계속 바깥으로 퍼져나가기 때문이다. 따라서 시간이 흐를수록 가스의 밀도가 점점 희박해진다. 둘째는 중심의 별에서 내뿜는 에너지도 점차 약해져 가스가 빛을 잃기 때문이다.

사진을 보면 불꽃처럼 보이는 구름 기둥들이 가스 껍질 내부를 둘러싸고 있다. 성운 중심부에 있는 백색왜성 잔해 주변에서 이제 막 분출된 매우 뜨거운 가스 바람이 이전에 방출된 차가운 가스와 먼지로 이뤄진 바깥층 물질과 충돌하면서 나타나는 현상이다. 이 구름 속에서 만들어지는 분자들은 나중에 새로운 별과 행성의 재료로 쓰일 수 있다. 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 이 사진에서 백색왜성은 시야 밖에 있다.

제임스웹우주망원경으로 촬영한 영역과 같은 곳을 허블우주망원경으로 촬영한 사진. 미국항공우주국 제공

사진의 색상은 온도를 나타낸다. 파란색은 백색왜성에서 나오는 강렬한 자외선에 의해 에너지를 얻은 이 영역에서 가장 뜨거운 가스다. 바깥쪽으로 갈수록 가스는 식고, 수소 원자들이 분자를 형성하는 노란색 영역으로 이어진다. 성운의 바깥쪽 가장자리 붉은색은 온도가 가장 낮은 곳이다. 이곳에서 가스의 밀도가 낮아지면서 먼지 입자들이 생성된다.

제임스웹우주망원경으로 촬영한 영역과 같은 곳을 스피처우주망원경으로 촬영한 사진. 미국항공우주국 제공

그동안 허블우주망원경, 스피처우주망원경 등이 찍은 사진들에선 이 격동의 현상이 뿌연 안개처럼 보였다. 구름 안쪽까지 들여다볼 수 있는 제임스웹우주망원경 덕분에 그 안개가 벗겨졌다. 과거에는 뭉뚱그려 보였던 것이 이제는 정교한 질감의 직물처럼 생생하게 드러났다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr