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성간물질
성간 물질이란 별과 별사이의 비어 있는 공간에 존재하는 물질들을 말한다. 한때 많은 과학자들이 우주공간이 완전한 진공으로 되어있다고 믿었었지만, 실제로는 아주 작은 밀도로 물질들이 분포해 있었다. 물론 지구상에서 살고 있는 우리의 감각으로 볼 때 우주는 진공이다. 지구의 대기권 밖에 진공의 정도는 지상에서 어떠한 진공장치로도 만들어 낼 수 없는 초진공이기 때문이다.
그러면 과연 별과 별 사이에 존재하는 물질들의 존재는 어떻게 알아낼 수 있었을까? 청명하게 맑은 밤과 안개가 낀 날 밤 도시의 야경을 한번 생각해 보자. 맑은 날에 비해 안개가 낀 날은 멀리 있는 가로등이 더 어둡게 보인다는 사실은 누구든지 알 수 있다. 만약에 관측자가 안개가 있는지를 모르면 가로등이 실제보다 더 멀리 있다고 생각할 수 있다. 그리고 이러한 오류는 멀리 있는 것일수록 더 심하게 발생한다. 이러한 원리로부터 천문학자인 트럼플러는 우리은하계에 별과 별 사이에 빛을 가리는 무언가가 존재한다고 주장하였고, 우리는 이러한 것을 성간물질이라고 부르고 있다. 엄밀하게는 말하면 성운과 성간 물질은 조금 다르다. 성운은 이러한 물질이 어떠한 원인에 의해 특정한 공간에 상대적으로 높은 밀도로 모여 있는 것을 말하며, 성간물질은 은하계 내에 전체적으로 퍼져 있으며, 별이 아닌 물질을 말한다. 물론 은하와 은하사이에도 물질은 있는데, 이것은 특별히 은하간 물질이라고 부르기도 한다.
그러면 과연 별과 별 사이에 존재하는 물질들의 존재는 어떻게 알아낼 수 있었을까? 청명하게 맑은 밤과 안개가 낀 날 밤 도시의 야경을 한번 생각해 보자. 맑은 날에 비해 안개가 낀 날은 멀리 있는 가로등이 더 어둡게 보인다는 사실은 누구든지 알 수 있다. 만약에 관측자가 안개가 있는지를 모르면 가로등이 실제보다 더 멀리 있다고 생각할 수 있다. 그리고 이러한 오류는 멀리 있는 것일수록 더 심하게 발생한다. 이러한 원리로부터 천문학자인 트럼플러는 우리은하계에 별과 별 사이에 빛을 가리는 무언가가 존재한다고 주장하였고, 우리는 이러한 것을 성간물질이라고 부르고 있다. 엄밀하게는 말하면 성운과 성간 물질은 조금 다르다. 성운은 이러한 물질이 어떠한 원인에 의해 특정한 공간에 상대적으로 높은 밀도로 모여 있는 것을 말하며, 성간물질은 은하계 내에 전체적으로 퍼져 있으며, 별이 아닌 물질을 말한다. 물론 은하와 은하사이에도 물질은 있는데, 이것은 특별히 은하간 물질이라고 부르기도 한다.
성간 티끌
성간 티끌은 성간 기체와 더불어 성간 물질의 대부분을 구성한다. 우주공간에는 평균적으로 63빌딩만한 공간에 담배연기의 알갱이만한 티끌이 1개정도 들어있다. 얼핏 보기에 매우 희박해 보이지만 우주의 크기가 워낙 크기 때문에 이러한 성간 티끌은 여러 가지 흥미로운 현상을 일으키기도 하고, 다양한 천체로서 관측되기도 한다. 이러한 성간 티끌은 먼 곳에서 오는 별빛을 차단하여 별빛을 어둡게 만드는 성간 소광을 일으키기도 하며, 고밀도로 모여 있는 영역에서는 가시광을 차단하여 암흑성운으로 관측되기도 한다. 또한 성간 티끌이 빛을 가리는 정도는 빛의 파장에 따라 다른데, 파장이 긴 붉은 색으로 갈수록 빛을 가리는 양이 적다. 그래서 별들은 성간 티끌의 영향으로 원래의 밝기보다 어둡게 관측되는 성간 소광과 원래의 색깔보다 더 붉게 관측되는 성간 적색화현상 등이 생기게 된다. 그리고 성간 티끌에 의해 산란된 빛이 우리에게 관측되는 경우도 있는데, 이러한 천체를 반사성운이라고 부른다. 그 외에도 성간 티끌에 의해 별빛이 편광 되어 관측되기도 하는데, 이를 성간 편광이라 한다. 성간 편광이란 우주공간에 있는 작은 티끌입자들이 자기장의 방향에 대해 수직으로 정렬 되어 그 방향으로 편광 된 별빛을 흡수하기 때문에 나타나는 현상을 말한다. 이러한 성간 편광은 우주공간의 자기장에 대한 중요한 정보를 우리에게 알려준다.
성간 기체
성간 공간은 티끌 입자와 기체로 채워져 있다. 성간 기체는 수소와 헬륨 그리고 미량의 다양한 원소들로 구성되어 있는데, 우리는 이러한 성간 기체들이 내는 고유한 파장의 빛을 관측하여 구성비, 분포 등의 특성을 알아낼 수 있다. 우주를 구성하는 대부분의 원소는 수소이다. 성간 공간에 분포하는 성간 기체 역시 수소가 대부분의 양을 차지한다. 이러한 성간 수소기체는 온도가 매우 낮고 분자상태로 존재하는데, 가까이에 아주 뜨겁고 밝은 별이 있는 경우를 제외하고는 우리가 눈으로 볼 수 있는 빛을 내지 않는다. 그리고 기체로 존재하는 경우에는 티끌의 경우와는 달리 성간 차폐를 일으키는 정도가 매우 낮아서 이러한 성간 기체에 관해서는 보통의 빛으로 알아내기 어렵다. 20세기 중반에 천문학자들은 전파망원경이라는 새로운 도구를 발명하여 눈으로는 보이지 않는 전파 영역의 빛을 연구하기 시작했다. 이를 이용하여 1950년대 이전까지 볼 수 없었던 우리은하계내의 성간 공간에 분포하는 차가운 수소분자에서 내는 전파를 검출하여 은하계구조를 알아내기도 하였다. 별의 진화과정을 보면 별과 별 사이에 기체들이 모여서 아기별이 탄생하고 다시 죽어서 성간 공간으로 흩어진다는 사실을 알 수 있다. 즉, 성간 기체는 별 생성의 원료이자 별이 남긴 찌꺼기인 셈이다. 우리는 밤하늘에 아름답게 보이는 성운의 모습에서 이러한 대우주의 순환을 볼 수 있다. 이 가운데 별이 탄생하는 영역을 우리는 HII영역이라고 부르는데, 대표적인 방출성운의 하나인 오리온성운이 그 예이다. 그리고 별이 죽어가는 과정에서 볼 수 있는 초신성 잔해, 별의 잔해가 우주로 퍼져 나가는 행성상성운 등은 기체에서 발생하는 빛이 우리에게 보이는 방출 성운에 해당한다.
최종수정일
2017년 6월 19일