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astronomy

항성은 안쪽에서 바깥쪽으로 형성된다.(1)

사용자 글래스애니멀 2019. 10. 10. 12:23

항성은 먼지와 가스로 구성된 거대 분자 구름이라는 암흑 구상체의 내부에서 형성된다.

하지만 가스 성운이 원시성으로 변하는 과정은 지금껏 한번도 관측된 적이 없는데,이는 그 과정이 수백만 
년이나 걸리기 때문이기도 하고 최첨단 망원경으로도 어두운 고밀도 성운을 투시하기가 어렵기 때문이기도 하다.
관측적 증거 없이 천체 물리학자들은 암흑 구상체 의 내부에서 일어날 듯싶은 일에 대한 수학 모형을 만들이야 했다. 

항성 형성에 대한 가장 타당한 모형은 미국의 수학자 쓰랭크 슈(Frank Shu)에게시 나왔다. 캘리포니아 대학 버클리 

캠퍼스에서 슈와 그의 동료 프레드 애덤스와 수사나 리자노는 20년간의 연구 끝에 1986년에 그 모형을 발표했다.

 

인사이드아웃 모형
슈의 모형은 ‘단일 등온 가스구 모형,혹은 신사이드아웃 모형, 이라고 불린다. 이는 온도,밀도,전하,자성 같은 요인들을 고 려해 가스 성운의 역학을 규정하는 복잡한수학에 기초해 만든 모형 이다. 슈는 그 모형이 자기유사성 (self-similarity)을 띠게 함으로써 타당성을 확보했다. 가스 성운의 일부가 수축해 조밀한 중심부를 이루게 하는 처음 조건은 그와 똑같거나 비슷한 조건들을 낳게 되고,그런 조건들은 더 많은 가스가 중심부에 합류하게 하는식 의 과정이

되풀이되는 것이다. 일련의 과정은 젊은 항성이 성장하면서 계속 한데 뭉쳐 있게 할 수 있을 만큼 안정 적 인 것으로 

밝혀 졌다. 예전의 모형들이 실패한 이유는 가스를 끌이당기면서 열을 밀어내는 메커니즘의 균형을  유지할 방법을 

찾지 못했기 때문이다. 거대분자 구름은 은하에서 수소 원자-분자들과 먼지-얼음 입자들로 가득 착 거대한 영역이다.

보통 하나의 거대 분자 구름은 태양질량의 약 10만 배에 이르는 물질로 구성되는데,그런 물질은 대폭발로 만들어진 

원시기체와 오래 전에 죽은 항성의 잔존물이 뒤섞인 것이다. 거대 분자 구름은 대개 은하의 나선팔에서 발견된다.
1960년대 중반에 슈와 치아치아오 린은 나선 은하의 회전에 대한 모형을 만들어서, 은하의 팔이 말하자면 항성들의

 ‘교통 정체 구간’에 해당하는 밀도파에 위치함을 입증해 보였다. 그런 밀도파는 성간 물질을 거대 분자 구름으로 쓸어 

보냄으로써 항성의 형성을 촉진하게 된다.
중력파, 혹은 근처 초신성의 폭발 같은 좀더 격 렬한 현상이 거대 분자 구름에 영향을 미치면,그 내부에서 난류(乳流)가 발생하게 된다. 하지만 매우 복잡한 자기장이 성운 전체에 작용하여. 성운이 난류 때문에 분해되지 않도록 막아준다.

자기력은 성운이 자체 중력 때문에 안쪽으로 붕괴 되는 일을 방지하는 역할도 한다.

 

성운 핵
수백만 년에 걸쳐 가스 성운 내부의 난류와 자기 압력이 잦아들면 고요한 부분이 생기는데,이 부분에 천천히 회전하는 ‘성운 핵’이 형성된다. 자세히 살펴보면 거대분자 구름은 균일한 천체가 아니라, 복 구상체라는 어두운 고밀도 물질 덩어리로 구성돼 있다. 그런 구상체 하나하나가 성운핵을 몇 개씩 품고 있는 듯하다.
슈의 모형 에서는 중심핵이 단일 등온 가스구, 혹은 이와 매우 비슷한 것이 되리라고 본다. 이는 가스를 끌어당겨 공모양으로 한데 붙들고 있는 중력이 회전 중인 가스의 외향 압력 및 자기력과 균형을 이룬다는 뜻이다. 그런 상태는 결코 오래 지속될 수가 없다. 결국은 중심부에서 수축하는 중력이 외향 압력을 이기게 된다.
성운 핵의 내부는 수축하여 중심부에서 고밀도 가스구를 형성한다. 바로 이것이 원시 성이다. 원시성은 빨리 만들어 지지 않고 수백만 년이 걸려서 만들어지고, 또 원시성은 그 천체계의 회전 때문에 원반 모양을 이룬 물질들로 둘러싸여 있으며,주변을 둘러싼 가스체로부터 물질들을 안쪽으로 차례차례 끌어들이고 있다. 그런 물질들이 점차 끌려옴에 따 
라 원시성과 그 원반부의 질량이 늘어나면서 그곳의 중력도 증가하게 된다. 그렇게 커지는 중력은 점점 더 먼 곳의 물질을 끌어들이게 되는데,바로 그런 까닭에 이 과정은 ‘안쪽에서 바깥쪽으로 진행되는 붕괴 (inside-out collapse), 라고 불린다.

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